java多线程,多线程加锁以及Condition类的使用
看了网上非常多的运行代码,很多都是重复的再说一件事,可能对于java老鸟来说,理解java的多线程是非常容易的事情,但是对于我这样的菜鸟来说,这个实在有点难,可能是我太菜了,网上重复的陈述对于我理解这个问题一点帮助都没有.所以这里我写下我对于这个问题的理解,目的是为了防止我忘记.
还是从代码实例开始讲起:
import java.util.Arrays; import java.util.LinkedList; import java.util.List; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; import java.util.function.Predicate; public class Main { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { MyBlockingQueue<Integer> queue = new MyBlockingQueue<>(1); for (int i = 0; i < 10; i++) { int data = i; new Thread(() -> { try { queue.enqueue(data); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); } System.out.println("1111111"); for(int i=0;i<10;i++){ new Thread(() -> { try { queue.dequeue(); }catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } }).start(); } } public static class MyBlockingQueue<E> { int size;//阻塞队列最大容量 ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true); LinkedList<E> list=new LinkedList<>();//队列底层实现 Condition notFull = lock.newCondition();//队列满时的等待条件 Condition notEmpty = lock.newCondition();//队列空时的等待条件 public MyBlockingQueue(int size) { this.size = size; } public void enqueue(E e) throws InterruptedException { lock.lock(); try { while(list.size() ==size)//队列已满,在notFull条件上等待 notFull.await(); list.add(e);//入队:加入链表末尾 System.out.println("入队：" +e); notEmpty.signal(); //通知在notEmpty条件上等待的线程 } finally { lock.unlock(); } } public E dequeue() throws InterruptedException { E e; lock.lock(); try { while(list.size() == 0) notEmpty.await(); e = list.removeFirst();//出队:移除链表首元素 System.out.println("出队："+e); notFull.signal();//通知在notFull条件上等待的线程 return e; } finally { lock.unlock(); } } } }
代码来自菜鸟教程
主函数启动了20个线程,前10个是入队的后10个是出队的,我们可以看啊可能输出结果,
new Thread(() -> {
try {
queue.enqueue(data);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start(); 注意到线程实现,这个是lambda表达式实现Runable接口.
入队：0 1111111 出队：0 入队：2 出队：2 入队：1 出队：1 入队：3 出队：3 入队：4 出队：4 入队：5 出队：5 入队：6 出队：6 入队：7 出队：7 入队：8 出队：8 入队：9 出队：9
可以看到1111111在第一个出队之前,队列容量为1,也就是说头10个入队进程只有第一个成功了,其他均被阻塞.
并且出队入队顺序是按照循环顺序的,说明锁是按照请求顺序来获取的,先到先得,这个说的就是公平锁的意思,其实ReentrantLock既可以是公平锁也可以是非公平锁,其初始化的时候,往构造函数里面传入true则为公平锁,false则为非公平锁.
至于什么是可重入锁,可以看看这篇博客https://blog.csdn.net/qq_38737992/article/details/90613821,这个是可重入锁的实例.
其中有一行代码很奇怪,lock.lock();对于我这样的萌新很好奇这个一行代码到底发生了什么,网上很多都是说获得锁,但是”获得”这个实在难以太不具体,所以我自己想象了一下,感觉大致上就是这样的一张图:
结合我粗浅的经验猜测:jvm只有一个就绪队列,就绪队列里面的线程按照队列顺序使用cpu资源,若不加锁,那么所有线程都可以按序取得资源,但是由于面向对象了,所以不好直接控制就绪队列里面线程的入队顺序,这个时候就需要加锁来控制线程的运行顺序来保证处理逻辑正确.(其实也不不是那么严格的队列,就绪状态的线程如果是非公平锁一般会随机先后的运行,说是队列而已,其实就是表达就绪状态)
结合代码的lock()方法,如果有线程进入cpu并且调用lock(),如果该锁没有被其他线程获取过,那么这个线程可以使用cpu时间,如果该锁已经被其他线程获取了,那么该线程会给阻塞,进入阻塞队列, 这样来说的话,其实”获取”这个词也没什么难以理解的,其实就是一个标记而已,然后lock()方法其实就只是判断当前线程是使用cpu时间,还是进入阻塞队列而已..
在看看unlock()方法,由上面的图帮助,其实这个也很好理解,其实就是把阻塞队列的队首的线程出队,然后进入就绪队列而已.
可以猜测,如果运行过程中有多个锁实例,那么就会有多少个可能阻塞的线程,那么除了使用用多个锁,其实还有别的方法来增加阻塞线程,就是使用Condition类,需要指出的是condition类的await()方法,会阻塞当前线程,然后自动解除当前线程获取的锁(这点尤其重要),切换线程,如果其他线程中有唤醒,那么这个在被唤醒后线程会从await()的位置继续往下运行,所以一般要配合while循环使用,如果某线程被唤醒,那么它对于它之前获取的锁,也将重新获取,如果此时该锁已经被另外一个线程获取,且还没有解锁,此时的唤醒就会出错,会出现莫名其妙的错误,所以需要设置一个volatile变量来检测线程的运行状态,所以await()方法前后都要检测.
这里提出一道题,来自leetcode,要求使用condition类来写,
题意:
编写一个可以从 1 到 n 输出代表这个数字的字符串的程序，但是：
如果这个数字可以被 3 整除，输出 “fizz”。
如果这个数字可以被 5 整除，输出 “buzz”。
如果这个数字可以同时被 3 和 5 整除，输出 “fizzbuzz”。
例如，当 n = 15，输出： 1, 2, fizz, 4, buzz, fizz, 7, 8, fizz, buzz, 11, fizz, 13, 14, fizzbuzz。
来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/fizz-buzz-multithreaded
解法:
import java.util.Random; import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class Main { static void printFizz(int x){ System.out.printf("%d:Fizz,\n",x); } static void printBuzz(int x){ System.out.printf("%d:Buzz,\n",x); } static void printFizzBuzz(int x){ System.out.printf("%d:FizzBuzz,\n",x); } static void printaccpt(int x){ System.out.printf("%d,\n",x); } static volatile int now=1; static ReentrantLock lock=new ReentrantLock(); static Condition k1=lock.newCondition(); public static void test(int n) { new Thread(()->{ while(now<=n){ lock.lock(); try{ while(now%5==0||now%3!=0){ if(now>n) throw new InterruptedException(); k1.await(); if(now>n) throw new InterruptedException(); } printFizz(now); now++; k1.signalAll(); } catch (InterruptedException e) { break; //e.printStackTrace(); } finally{ lock.unlock(); } } System.out.println("Thread 1 is over"); }).start(); new Thread(()->{ while(now<=n){ lock.lock(); try{ while(now%5!=0||now%3==0) { if(now>n) throw new InterruptedException(); k1.await(); if(now>n) throw new InterruptedException(); } printBuzz(now); now++; k1.signalAll(); } catch (InterruptedException e) { break; // e.printStackTrace(); } finally{ lock.unlock(); } } System.out.println("Thread 2 is over"); }).start(); new Thread(()->{ while(now<=n){ lock.lock(); try{ while(now%5!=0||now%3!=0) { if(now>n) throw new InterruptedException(); k1.await(); if(now>n) throw new InterruptedException(); } printFizzBuzz(now); now++; k1.signalAll(); } catch (InterruptedException e) { break; //Thread.interrupted(); //e.printStackTrace(); } finally{ lock.unlock(); } } System.out.println("Thread 3 is over"); }).start(); new Thread(()->{ while(now<=n){ lock.lock(); try{ while(now%5==0||now%3==0) { if(now>n) throw new InterruptedException(); k1.await(); if(now>n) throw new InterruptedException(); } printaccpt(now); now++; k1.signalAll(); }catch (InterruptedException e){ break; //Thread.interrupted(); //e.printStackTrace(); } finally{ lock.unlock(); } } System.out.println("Thread 4 is over"); }).start(); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { test(30); } }
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