在Lock中使用多个条件
一个锁可能伴随着多个条件。这些条件声明在Condition接口中。 这些条件的目的是允许线程拥有锁的控制并且检查条件是否为true,如果是false,那么线程将被阻塞,直到其他线程唤醒它们。Condition接口提供一种机制,阻塞一个线程和唤醒一个被阻塞的线程。
在并发编程中,生产者与消费者是经典的问题。我们有一个数据缓冲区,一个或多个数据生产者往缓冲区存储数据,一个或多个数据消费者从缓冲区中取出数据,正如在这一章中前面所解释的一样。
在这个指南中,你将学习如何通过使用锁和条件来实现生产者与消费者问题。
准备工作…
你应该事先阅读使用Lock同步代码的指南,才能更好的理解这个食谱。
如何做…
按以下步骤来实现的这个例子:
1.首先,让我们创建一个类来模拟文本文件。创建FileMock类,包括两个属性:一个字符串数组类型,名叫content,另一个int类型,名叫index。它们将存储文件内容和被检索到的模拟文件的行数。
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public class FileMock {
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private String content[];
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2.实现FileMock类的构造器,用随机字符初始化文件的内容。
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public FileMock( int size, int length){
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content= new String[size];
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for ( int i= 0 ; i<size; i++){
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StringBuilder buffer= new StringBuilder(length);
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for ( int j= 0 ; j<length; j++){
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int indice=( int )Math.random()* 255 ;
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buffer.append(( char )indice);
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content[i]=buffer.toString(); |
3.实现hasMoreLines()方法,如果文件有更多的行来处理,则返回true,如果我们已经取到了模拟文件的尾部,则返回false。
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public boolean hasMoreLines(){
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return index<content.length;
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4.实现getLine()方法,返回index属性所确定的行数并增加其值。
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public String getLine(){
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if ( this .hasMoreLines()) {
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System.out.println( "Mock: " +(content.length-index));
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return content[index++];
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5.现在,实现Buffer类,用来实现在生产者与消费者之间共享的缓冲区。
6.Buffer类,有6个属性:
- 一个类型为LinkedList<String>,名为buffer的属性,用来存储共享数据
- 一个类型为int,名为maxSize的属性,用来存储缓冲区的长度
- 一个名为lock的ReentrantLock对象,用来控制修改缓冲区代码块的访问
- 两个名分别为lines和space,类型为Condition的属性
- 一个Boolean类型,名为pendingLines的属性,表明如果缓冲区中有行
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private LinkedList<String> buffer;
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private ReentrantLock lock;
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private Condition lines;
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private Condition space;
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private boolean pendingLines;
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7.实现Buffer类的构造器,初始化前面描述的所有属性。
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public Buffer( int maxSize) {
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buffer= new LinkedList<>();
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lock= new ReentrantLock();
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lines=lock.newCondition(); |
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space=lock.newCondition(); |
8. 实现insert()方法,接收一个String类型参数并试图将它存储到缓冲区。首先,它获得锁的控制。当它有锁的控制,它将检查缓冲区是否有空闲空 间。如果缓冲区已满,它将调用await()方法在space条件上等待释放空间。如果其他线程在space条件上调用signal()或 signalAll()方法,这个线程将被唤醒。当这种情况发生,这个线程在缓冲区上存储行并且在lines条件上调用signallAll()方法,稍 后我们将会看到,这个条件将会唤醒所有在缓冲行上等待的线程。
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public void insert(String line) {
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while (buffer.size() == maxSize) {
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System.out.printf( "%s: Inserted Line: %d\n" , Thread.
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currentThread().getName(),buffer.size()); |
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} catch (InterruptedException e) {
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9. 实现get()方法,它返回存储在缓冲区上的第一个字符串。首先,它获取锁的控制。当它拥有锁的控制,它检查缓冲区是否有行。如果缓冲区是空的,它调用 await()方法在lines条件上等待缓冲区中的行。如果其他线程在lines条件上调用signal()或signalAll()方法,这个线程将 被唤醒。当它发生时,这个方法获取缓冲区的首行,并且在space条件上调用signalAll()方法,然后返回String。
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while ((buffer.size() == 0 ) &&(hasPendingLines())) {
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if (hasPendingLines()) {
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System.out.printf( "%s: Line Readed: %d\n" ,Thread.
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currentThread().getName(),buffer.size()); |
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} catch (InterruptedException e) {
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10.实现setPendingLines()方法,用来设置pendingLines的值。当没有更多的行生产时,它将被生产者调用。
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public void setPendingLines( boolean pendingLines) {
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this .pendingLines=pendingLines;
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11.实现hasPendingLines()方法,如果有更多的行被处理时,返回true,否则返回false。
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public boolean hasPendingLines() {
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return pendingLines || buffer.size()> 0 ;
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12.现在轮到生产者,实现Producer类,并指定其实现Runnable接口。
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public class Producer implements Runnable {
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13.声明两个属性:一个FileMock类对象,另一个Buffer类对象。
14.实现Producer类的构造器,初始化这两个属性。
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public Producer (FileMock mock, Buffer buffer){
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15.实现run()方法,读取在FileMock对象中创建的所有行,并使用insert()方法将它们存储到缓冲区。一旦这个过程结束,使用setPendingLines()方法警告缓冲区,不会再产生更多的行。
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buffer.setPendingLines( true );
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while (mock.hasMoreLines()){
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String line=mock.getLine(); |
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buffer.setPendingLines( false );
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16.接下来轮到消费者,实现Consumer类,并指定它实现Runnable接口。
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public class Consumer implements Runnable {
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17.声明Buffer对象,实现Consumer构造器来初始化这个对象。
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public Consumer (Buffer buffer) {
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18.实现run()方法,当缓冲区有等待的行,它将获取一个并处理它。
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while (buffer.hasPendingLines()) {
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String line=buffer.get(); |
19.实现辅助方法processLine(),它只睡眠10毫秒,用来模拟某种行的处理。
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private void processLine(String line) {
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Random random= new Random();
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Thread.sleep(random.nextInt( 100 ));
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} catch (InterruptedException e) {
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20.通过创建类名为Main,且包括main()方法来实现这个示例的主类。
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public static void main(String[] args) {
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21.创建一个FileMock对象。
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FileMock mock= new FileMock( 100 , 10 );
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22.创建一个Buffer对象。
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Buffer buffer= new Buffer( 20 );
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23.创建Producer对象,并且用10个线程运行它。
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Producer producer= new Producer(mock, buffer);
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Thread threadProducer= new Thread(producer, "Producer" );
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24.创建Consumer对象,并且用10个线程运行它。
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Consumer consumers[]= new Consumer[ 3 ];
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Thread threadConsumers[]= new Thread[ 3 ];
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for ( int i= 0 ; i< 3 ; i++){
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consumers[i]= new Consumer(buffer);
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threadConsumers[i]= new Thread(consumers[i], "Consumer " +i);
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25.启动producer和3个consumers。
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threadProducer.start(); |
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for ( int i= 0 ; i< 3 ; i++){
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threadConsumers[i].start(); |
它是如何工作的…
所 有Condition对象都与锁有关,并且使用声明在Lock接口中的newCondition()方法来创建。使用condition做任何操作之前, 你必须获取与这个condition相关的锁的控制。所以,condition的操作一定是在以调用Lock对象的lock()方法为开头,以调用相同 Lock对象的unlock()方法为结尾的代码块中。
当一个线程在一个condition上调用await()方法时,它将自动释放锁的控制,所以其他线程可以获取这个锁的控制并开始执行相同操作,或者由同个锁保护的其他临界区。
注释:当一个线程在一个condition上调用signal()或signallAll()方法,一个或者全部在这个condition上等待的线程将被唤醒。这并不能保证的使它们现在睡眠的条件现在是true,所以你必须在while循环内部调用await()方法。你不能离开这个循环,直到 condition为true。当condition为false,你必须再次调用 await()方法。
你必须十分小心 ,在使用await()和signal()方法时。如果你在condition上调用await()方法而却没有在这个condition上调用signal()方法,这个线程将永远睡眠下去。
在调用await()方法后,一个线程可以被中断的,所以当它正在睡眠时,你必须处理InterruptedException异常。
不止这些…
Condition接口提供不同版本的await()方法,如下:
- await(long time, TimeUnit unit):这个线程将会一直睡眠直到:
(1)它被中断
(2)其他线程在这个condition上调用singal()或signalAll()方法
(3)指定的时间已经过了
(4)TimeUnit类是一个枚举类型如下的常量:
DAYS,HOURS, MICROSECONDS, MILLISECONDS, MINUTES, NANOSECONDS,SECONDS
- awaitUninterruptibly():这个线程将不会被中断,一直睡眠直到其他线程调用signal()或signalAll()方法
- awaitUntil(Date date):这个线程将会一直睡眠直到:
(1)它被中断
(2)其他线程在这个condition上调用singal()或signalAll()方法
(3)指定的日期已经到了
你可以在一个读/写锁中的ReadLock和WriteLock上使用conditions。
时间: 2024-11-05 12:17:18