使用Java中的Condition+ ReentrantLock进行高效地协调线程

Condition 是 Java 中用于更细粒度的线程同步控制的一个接口，与传统的内置锁监视器方法（wait(), notify(), notifyAll()）相比，它提供了更高级的功能，允许更加灵活的线程管理。它通常与显式锁（如 ReentrantLock）配合使用，而不是与内置的 synchronized 锁一起使用。

功能和工作原理

Condition 实现了多个等待/通知队列（或称为条件队列）的模型，每个 Condition 实例都对应了一个条件队列。这种方式在复杂的同步场景中，比如生产者-消费者问题，提供了更细粒度的控制：

等待（Awaiting）:
- await() 方法使当前线程进入到 Condition 关联的等待队列中，并释放锁。这与 Object.wait() 方法类似，都要求线程持有相应的锁。线程会在这个状态下挂起，直到被唤醒或中断。
- awaitUninterruptibly() 方法同样将线程置入等待状态，但它不会在等待过程中响应中断。
- await(long time, TimeUnit unit) 和 awaitUntil(Date deadline) 允许线程在指定的时间内等待，或直到某个特定的未来时间点。
通知（Signalling）:
- signal() 方法用于唤醒在 Condition 等待队列中等待的一个线程。如果队列中有多个线程，选择哪个线程被唤醒可能是不确定的。
- signalAll() 方法唤醒在等待队列中的所有线程。

使用`Condition`的步骤

通常，使用 Condition 需要遵循以下步骤：

获取锁:
- 使用显式锁（如 ReentrantLock）创建一个锁实例，并在操作共享资源前获取这个锁。
检查条件:
- 在进行任何操作前，检查条件是否满足。如果条件不满足，则调用 await() 将线程置入等待状态。
操作共享资源:
- 当条件满足时，执行必要的操作。
修改条件并通知其他线程:
- 在修改了可能影响其他线程的条件之后，通过 signal() 或 signalAll() 方法通知在 Condition 队列中等待的其他线程。
释放锁:
- 完成操作后，释放锁。

示例

下面是一个使用 ReentrantLock 和 Condition 实现的简单示例，演示了如何在生产者-消费者场景中使用它们：

class BoundedBuffer {final Lock lock = new ReentrantLock();final Condition notFull  = lock.newCondition(); final Condition notEmpty = lock.newCondition(); final Object[] items = new Object[100];int putptr, takeptr, count;public void put(Object x) throws InterruptedException {lock.lock();try {while (count == items.length) {notFull.await();}items[putptr] = x;if (++putptr == items.length) putptr = 0;++count;notEmpty.signal();} finally {lock.unlock();}}public Object take() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (count == 0) {notEmpty.await();}Object x = items[takeptr];if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;--count;notFull.signal();} finally {lock.unlock();}return x;}
}

在这个例子中，notFull 和 notEmpty 分别是两个 Condition 对象，用于控制缓冲区的满和空状态。当缓冲区满时，生产者线程将会等待 notFull；当缓冲区空时，消费者线程将会等待 notEmpty。相关的信号操作在添加或取出元素后进行。