基本執行緒同步（八）在Lock中使用多個條件
宣告：本文是《 Java 7 Concurrency Cookbook 》的第二章，作者： Javier Fernández González 譯者：許巧輝 校對：方騰飛
在Lock中使用多個條件
一個鎖可能伴隨著多個條件。這些條件宣告在Condition介面中。 這些條件的目的是允許執行緒擁有鎖的控制並且檢查條件是否為true，如果是false，那麼執行緒將被阻塞，直到其他執行緒喚醒它們。Condition介面提供一種機制，阻塞一個執行緒和喚醒一個被阻塞的執行緒。
在併發程式設計中，生產者與消費者是經典的問題。我們有一個數據緩衝區，一個或多個數據生產者往緩衝區儲存資料，一個或多個數據消費者從緩衝區中取出資料，正如在這一章中前面所解釋的一樣。
在這個指南中，你將學習如何通過使用鎖和條件來實現生產者與消費者問題。
準備工作…
你應該事先閱讀使用Lock同步程式碼的指南，才能更好的理解這個食譜。
如何做…
按以下步驟來實現的這個例子:
1.首先，讓我們建立一個類來模擬文字檔案。建立FileMock類，包括兩個屬性：一個字串陣列型別，名叫content，另一個int型別，名叫index。它們將儲存檔案內容和被檢索到的模擬檔案的行數。
public class FileMock {
private String content[];
private int index;
2.實現FileMock類的構造器，用隨機字元初始化檔案的內容。
public FileMock(int size, int length){
content=new String[size];
for (int i=0; i<size; i++){
StringBuilder buffer=new StringBuilder(length);
for (int j=0; j<length; j++){
int indice=(int)Math.random()*255;
buffer.append((char)indice);
}
content[i]=buffer.toString();
}
index=0;
}
3.實現hasMoreLines()方法，如果檔案有更多的行來處理，則返回true，如果我們已經取到了模擬檔案的尾部，則返回false。
public boolean hasMoreLines(){
return index<content.length;
}
4.實現getLine()方法，返回index屬性所確定的行數並增加其值。
public String getLine(){
if (this.hasMoreLines()) {
System.out.println("Mock: "+(content.length-index));
return content[index++];
}
return null;
}
5.現在，實現Buffer類，用來實現在生產者與消費者之間共享的緩衝區。
public class Buffer {
6.Buffer類，有6個屬性：
- 一個型別為LinkedList<String>，名為buffer的屬性，用來儲存共享資料
- 一個型別為int，名為maxSize的屬性，用來儲存緩衝區的長度
- 一個名為lock的ReentrantLock物件，用來控制修改緩衝區程式碼塊的訪問
- 兩個名分別為lines和space，型別為Condition的屬性
- 一個Boolean型別，名為pendingLines的屬性，表明如果緩衝區中有行
private LinkedList<String> buffer; private int maxSize; private ReentrantLock lock; private Condition lines; private Condition space; private boolean pendingLines;
7.實現Buffer類的構造器，初始化前面描述的所有屬性。
public Buffer(int maxSize) {
this.maxSize=maxSize;
buffer=new LinkedList<>();
lock=new ReentrantLock();
lines=lock.newCondition();
space=lock.newCondition();
pendingLines=true;
}
8. 實現insert()方法，接收一個String型別引數並試圖將它儲存到緩衝區。首先，它獲得鎖的控制。當它有鎖的控制，它將檢查緩衝區是否有空閒空 間。如果緩衝區已滿，它將呼叫await()方法在space條件上等待釋放空間。如果其他執行緒在space條件上呼叫signal()或 signalAll()方法，這個執行緒將被喚醒。當這種情況發生，這個執行緒在緩衝區上儲存行並且在lines條件上呼叫signallAll()方法，稍 後我們將會看到，這個條件將會喚醒所有在緩衝行上等待的執行緒。
public void insert(String line) {
lock.lock();
try {
while (buffer.size() == maxSize) {
space.await();
}
buffer.offer(line);
System.out.printf("%s: Inserted Line: %d\n", Thread.
currentThread().getName(),buffer.size());
lines.signalAll();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
9. 實現get()方法，它返回儲存在緩衝區上的第一個字串。首先，它獲取鎖的控制。當它擁有鎖的控制，它檢查緩衝區是否有行。如果緩衝區是空的，它呼叫 await()方法在lines條件上等待緩衝區中的行。如果其他執行緒在lines條件上呼叫signal()或signalAll()方法，這個執行緒將 被喚醒。當它發生時，這個方法獲取緩衝區的首行，並且在space條件上呼叫signalAll()方法，然後返回String。
public String get() {
String line=null;
lock.lock();
try {
while ((buffer.size() == 0) &&(hasPendingLines())) {
lines.await();
}
if (hasPendingLines()) {
line = buffer.poll();
System.out.printf("%s: Line Readed: %d\n",Thread.
currentThread().getName(),buffer.size());
space.signalAll();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
return line;
}
10.實現setPendingLines()方法，用來設定pendingLines的值。當沒有更多的行生產時，它將被生產者呼叫。
public void setPendingLines(boolean pendingLines) {
this.pendingLines=pendingLines;
}
11.實現hasPendingLines()方法，如果有更多的行被處理時，返回true，否則返回false。
public boolean hasPendingLines() {
return pendingLines || buffer.size()>0;
}
12.現在輪到生產者，實現Producer類，並指定其實現Runnable介面。
public class Producer implements Runnable {
13.宣告兩個屬性：一個FileMock類物件，另一個Buffer類物件。
private FileMock mock; private Buffer buffer;
14.實現Producer類的構造器，初始化這兩個屬性。
public Producer (FileMock mock, Buffer buffer){
this.mock=mock;
this.buffer=buffer;
}
15.實現run()方法，讀取在FileMock物件中建立的所有行，並使用insert()方法將它們儲存到緩衝區。一旦這個過程結束，使用setPendingLines()方法警告緩衝區，不會再產生更多的行。
@Override
public void run() {
buffer.setPendingLines(true);
while (mock.hasMoreLines()){
String line=mock.getLine();
buffer.insert(line);
}
buffer.setPendingLines(false);
}
16.接下來輪到消費者，實現Consumer類，並指定它實現Runnable介面。
public class Consumer implements Runnable {
17.宣告Buffer物件，實現Consumer構造器來初始化這個物件。
private Buffer buffer;
public Consumer (Buffer buffer) {
this.buffer=buffer;
}
18.實現run()方法，當緩衝區有等待的行，它將獲取一個並處理它。
@Override
public void run() {
while (buffer.hasPendingLines()) {
String line=buffer.get();
processLine(line);
}
}
19.實現輔助方法processLine()，它只睡眠10毫秒，用來模擬某種行的處理。
private void processLine(String line) {
try {
Random random=new Random();
Thread.sleep(random.nextInt(100));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
20.通過建立類名為Main，且包括main（）方法來實現這個示例的主類。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
21.建立一個FileMock物件。
FileMock mock=new FileMock(100, 10);
22.建立一個Buffer物件。
Buffer buffer=new Buffer(20);
23.建立Producer物件，並且用10個執行緒執行它。
Producer producer=new Producer(mock, buffer); Thread threadProducer=new Thread(producer,"Producer");
24.建立Consumer物件，並且用10個執行緒執行它。
Consumer consumers[]=new Consumer[3];
Thread threadConsumers[]=new Thread[3];
for (int i=0; i<3; i++){
consumers[i]=new Consumer(buffer);
threadConsumers[i]=new Thread(consumers[i],"Consumer "+i);
}
25.啟動producer和3個consumers。
threadProducer.start();
for (int i=0; i<3; i++){
threadConsumers[i].start();
}
它是如何工作的…
所 有Condition物件都與鎖有關，並且使用宣告在Lock介面中的newCondition()方法來建立。使用condition做任何操作之前， 你必須獲取與這個condition相關的鎖的控制。所以，condition的操作一定是在以呼叫Lock物件的lock()方法為開頭，以呼叫相同 Lock物件的unlock()方法為結尾的程式碼塊中。
當一個執行緒在一個condition上呼叫await()方法時，它將自動釋放鎖的控制，所以其他執行緒可以獲取這個鎖的控制並開始執行相同操作，或者由同個鎖保護的其他臨界區。
註釋：當一個執行緒在一個condition上呼叫signal()或signallAll()方法，一個或者全部在這個condition上等待的執行緒將被喚醒。這並不能保證的使它們現在睡眠的條件現在是true，所以你必須在while迴圈內部呼叫await()方法。你不能離開這個迴圈，直到 condition為true。當condition為false，你必須再次呼叫 await()方法。
你必須十分小心 ，在使用await()和signal()方法時。如果你在condition上呼叫await()方法而卻沒有在這個condition上呼叫signal()方法，這個執行緒將永遠睡眠下去。
在呼叫await()方法後，一個執行緒可以被中斷的，所以當它正在睡眠時，你必須處理InterruptedException異常。
不止這些…
Condition介面提供不同版本的await()方法，如下：
- await(long time, TimeUnit unit):這個執行緒將會一直睡眠直到：
(1)它被中斷
(2)其他執行緒在這個condition上呼叫singal()或signalAll()方法
(3)指定的時間已經過了
(4)TimeUnit類是一個列舉型別如下的常量：
DAYS,HOURS, MICROSECONDS, MILLISECONDS, MINUTES, NANOSECONDS,SECONDS
- awaitUninterruptibly():這個執行緒將不會被中斷，一直睡眠直到其他執行緒呼叫signal()或signalAll()方法
- awaitUntil(Date date):這個執行緒將會一直睡眠直到：
(1)它被中斷
(2)其他執行緒在這個condition上呼叫singal()或signalAll()方法
(3)指定的日期已經到了
你可以在一個讀/寫鎖中的ReadLock和WriteLock上使用conditions。
參見
