java并发编程（7）构建自定义同步工具及条件队列

构建自定义同步工具

一、通过轮询与休眠的方式实现简单的有界缓存

public void put(V v) throws InterruptedException {
        while (true) {                          //轮询
            synchronized (this) {               //加锁等待
                if (!isFull()) {                //如果缓存没满 则执行插入
                    doPut(v);
                    return;
                }
            }
            Thread.sleep(SLEEP_GRANULARITY);    //如果缓存满了 线程等待一段时间后继续轮询
        }
    }

    public V take() throws InterruptedException {//同理 相反
        while (true) {
            synchronized (this) {
                if (!isEmpty())
                    return doTake();
            }
            Thread.sleep(SLEEP_GRANULARITY);
        }
    }

二、通过条件队列：wait notify方法

　　注意：实际逻辑与上面没区别；且无法通过轮询和休眠方式实现的，也无法通过条件队列实现

　　

    // BLOCKS-UNTIL: not-full
    public synchronized void put(V v) throws InterruptedException {
        while (isFull()) {
            wait();             //等待：释放锁且等待；等待通知后获取锁 并继续判断条件谓词
        }
        doPut(v);
        notifyAll();            //通知：通知释放所有等待
    }
　
    // 问题，不好分析，在put 和 take操作后，通知了所有等待条件队列
    // 而且让所有 等待都要去判断 条件谓词；
    // 如我put完成，只需要通知take正在等待的，而无需通知put正在等待的（反之亦然），因为只有take后，缓存才有可能不是满的，才要去判断条件谓词
    public synchronized V take() throws InterruptedException {
        while (isEmpty()) {
            wait();
        }
        V v = doTake();
        notifyAll();
        return v;
    }

三、内置条件队列的使用

　  条件谓词：对象在哪个条件下等待

　　条件队列：每次唤醒时，必须重新检查条件谓词

四、显式锁Condition：自定义条件队列

　　内置条件队列：每个内置锁只能有一个相关联的条件队列

　　　　所以：多个线程在一个条件队列上等待不同的条件谓词不好解决

　　　　方法：wait、notify、notifyAll

　　而Condition：每个Lock，可以有任意的Condition

　　　　方法：await、signal、signalAll

优化内置的条件队列：

public class ConditionBoundedBuffer <T> {
    protected final Lock lock = new ReentrantLock();
    // 条件谓词 未满
    private final Condition notFull = lock.newCondition();
    // 条件谓词 非空
    private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
    private static final int BUFFER_SIZE = 100;
    private final T[] items = (T[]) new Object[BUFFER_SIZE];
    private int tail, head, count;

    // BLOCKS-UNTIL: notFull
    public void put(T x) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == items.length)
                notFull.await();    //当缓存满了，等待有线程取出缓存；等待未满谓词通知（只有take才有可能让缓存不满）
            items[tail] = x;
            if (++tail == items.length)
                tail = 0;
            ++count;
            notEmpty.signal();      //当插入成功，通知释放非空谓词
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    // BLOCKS-UNTIL: notEmpty
    public T take() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == 0)
                notEmpty.await();   //当缓存为空，等待插入；等待非空谓词通知
            T x = items[head];
            items[head] = null;
            if (++head == items.length)
                head = 0;
            --count;
            notFull.signal();               //当取出一个，通知释放未满谓词
            return x;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

五、AQS：AbstractQueuedSynchronizer

　　先来看一个例子：

//通过 lock+条件队列实现信号量Semaphore 许可
public class SemaphoreOnLock {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    // CONDITION PREDICATE: permitsAvailable (permits > 0)
    private final Condition permitsAvailable = lock.newCondition();
    private int permits;

    SemaphoreOnLock(int initialPermits) {
        lock.lock();
        try {
            permits = initialPermits;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    // BLOCKS-UNTIL: permitsAvailable
    public void acquire() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (permits <= 0)            //当许可<0时 等待 许可释放
                permitsAvailable.await();
            --permits;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void release() {
        lock.lock();
        try {
            ++permits;                      //释放许可
            permitsAvailable.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

　　AQS负责管理同步器类中的状态，它管理了一个整数状态信息；

　　如：通过AQS实现简单的闭锁

public class OneShotLatch {
    private final Sync sync = new Sync();

    public void signal() {
        sync.releaseShared(0);
    }

    public void await() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(0);
    }

    private class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { //继承AQS
        protected int tryAcquireShared(int ignored) {
            // 判断状态
            return (getState() == 1) ? 1 : -1;
        }

        protected boolean tryReleaseShared(int ignored) {
            //释放状态
            setState(1); // 打开闭锁
            return true; // 其他线程可以获取该闭锁

        }
    }
}

小结

　　1.最好使用现有的类库来构建状态类:如缓存

　　2.如果现有类不能满足功能：如从一个空队列中删除或获取元素会抛出异常,当然也有阻塞等待

　　　　那么使用Lock、内置的条件队列、Condition显式的条件队列、AQS等来构建自己的同步器也是可行的

　　　　内置条件队列与内置锁关联、显式的条件队列与Lock关联