Java中條件變量怎么用 掌握Condition實(shí)現(xiàn)線程通信

條件變量在Java中主要用于多線程協(xié)作通信，通過condition接口與lock配合實(shí)現(xiàn)更細(xì)粒度的同步。其核心方法包括：1.await()使線程等待并釋放鎖；2.signal()喚醒一個(gè)等待線程；3.signalall()喚醒所有等待線程。使用步驟為：獲取lock、創(chuàng)建condition、調(diào)用await()等待、其他線程改變條件后調(diào)用signal()/signalall()通知、最后釋放lock。為避免死鎖和活鎖，應(yīng)避免循環(huán)等待、使用超時(shí)機(jī)制、合理選擇signal或signalall、防止重復(fù)加鎖。與synchronized相比，condition支持多個(gè)等待隊(duì)列、更靈活的喚醒控制，并適用于復(fù)雜場景，但需注意await()必須在持有鎖期間調(diào)用，以確保原子性、互斥性和條件判斷正確性。

條件變量在Java中主要用于解決多線程環(huán)境下，線程間的協(xié)作和通信問題。簡單來說，它允許線程在滿足特定條件時(shí)掛起，并在其他線程改變條件后被喚醒。這比直接使用wait()/notify()機(jī)制更加靈活和安全。

Condition接口是java.util.concurrent.locks包下的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，它與Lock接口緊密配合，提供了一種更加細(xì)粒度的線程同步機(jī)制。

Condition接口的核心方法

• await(): 類似于Object.wait()，使當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)，直到被signal()或signalAll()喚醒，或者被中斷。調(diào)用await()前必須持有與Condition相關(guān)的Lock。
• signal(): 類似于Object.notify()，喚醒一個(gè)等待在Condition上的線程。被喚醒的線程會(huì)嘗試重新獲取Lock，并在獲取成功后繼續(xù)執(zhí)行。
• signalAll(): 類似于Object.notifyAll()，喚醒所有等待在Condition上的線程。

使用Condition實(shí)現(xiàn)線程通信的基本步驟

1. 獲取Lock: 首先，需要獲取一個(gè)Lock對(duì)象，例如ReentrantLock。
2. 創(chuàng)建Condition: 通過Lock對(duì)象的newCondition()方法創(chuàng)建一個(gè)Condition對(duì)象。
3. 等待條件: 在需要等待特定條件滿足時(shí)，調(diào)用Condition對(duì)象的await()方法釋放Lock并進(jìn)入等待狀態(tài)。
4. 通知條件: 當(dāng)其他線程改變了條件，并且需要喚醒等待線程時(shí)，調(diào)用Condition對(duì)象的signal()或signalAll()方法。
5. 釋放Lock: 確保在不需要同步資源時(shí)釋放Lock，避免死鎖。

如何避免死鎖和活鎖？

死鎖和活鎖是多線程編程中常見的陷阱。使用Condition時(shí)，尤其需要注意以下幾點(diǎn)：

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• 避免循環(huán)等待: 確保線程之間的等待關(guān)系不是循環(huán)的，即A等待B，B等待C，C又等待A。
• 超時(shí)機(jī)制: 在await()方法中使用超時(shí)參數(shù)，例如await(long time, TimeUnit unit)，防止線程永久等待。
• 合理使用signal()和signalAll(): 盡量使用signalAll()，避免因線程調(diào)度順序?qū)е履承┚€程無法被喚醒。signal()只喚醒一個(gè)線程，在復(fù)雜場景下容易出現(xiàn)問題。
• 避免重復(fù)加鎖: 確保在調(diào)用await()之前已經(jīng)持有Lock，并且在被喚醒后能成功重新獲取Lock。

Condition和synchronized的區(qū)別是什么？

synchronized是Java提供的內(nèi)置鎖機(jī)制，而Condition是Lock接口的補(bǔ)充，提供了更靈活的線程通信方式。主要區(qū)別在于：

• 靈活性: Condition可以創(chuàng)建多個(gè)等待隊(duì)列，允許線程在不同的條件下等待，而synchronized只能有一個(gè)等待隊(duì)列。
• 細(xì)粒度控制: Condition提供了signal()和signalAll()方法，可以更精確地控制喚醒哪些線程，而synchronized只能喚醒一個(gè)或所有線程。
• 性能: 在某些情況下，Condition可以提供更好的性能，因?yàn)樗鼫p少了不必要的線程喚醒和競爭。

但synchronized使用起來更簡單，適合簡單的同步場景。Condition則更適合復(fù)雜的線程協(xié)作場景。

為什么await()必須在lock和unlock之間調(diào)用？

await()方法必須在lock()和unlock()之間調(diào)用，是因?yàn)閍wait()的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)依賴于Lock提供的互斥機(jī)制。具體來說：

1. 原子性: await()操作需要先釋放當(dāng)前持有的Lock，然后進(jìn)入等待狀態(tài)。這個(gè)釋放Lock和進(jìn)入等待狀態(tài)必須是原子性的，否則可能導(dǎo)致其他線程在釋放Lock之前就獲取了Lock，從而破壞了互斥性。
2. 避免競爭: 如果await()可以在沒有持有Lock的情況下調(diào)用，那么多個(gè)線程可能會(huì)同時(shí)嘗試釋放Lock，導(dǎo)致競爭和未定義的行為。
3. 保證條件判斷的正確性: 通常，線程在調(diào)用await()之前會(huì)先判斷某個(gè)條件是否滿足。這個(gè)條件判斷也必須在持有Lock的情況下進(jìn)行，否則可能出現(xiàn)條件競爭，導(dǎo)致線程在不應(yīng)該等待的情況下進(jìn)入等待狀態(tài)，或者在應(yīng)該等待的情況下繼續(xù)執(zhí)行。

簡單來說，Lock保證了await()操作的原子性和互斥性，確保線程在等待期間不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)競爭和不一致的情況。