synchronized与条件同步

在并发编程中，有这样的需求：当满足某个条件时线程执行同步块中的代码，条件不满足时，让线程在此等待，直至条件满足再执行同步代码块。

java的Object类即提供了一类这样的方法wait(),notifyAll()/notify()，调用wait()方法后，线程A释放对同步代码块的控制并进入休眠状态，

在条件再次满足时，调用notifyAll()/notify()方法唤醒线程A，线程A将被唤醒并重新试图获得同步代码块的控制，在进入同步代码块成功之后，

再次对条件判断。

典型的应用场景是生产者-消费者模式，有一个固定大小的缓冲区存放消息，一个或者多个生产者线程把消息写入缓冲区；一个或者多个消费者从缓冲区获取消息。

如果缓冲区满了，生产者就不能写入消息，并等待。如果缓冲区为空，消费者就不能获取消息，并等待。

我们使用synchronized关键字来同步代码块，由于java中的类都继承自Object类，因此可以在我们的类中调用wait()让线程进入休眠并等待唤醒。

首先创建一个类MessageStorage来管理消息缓冲区，并使用LinkedList队列来作为消息缓冲区：

public class MessageStorage {
    private int maxSize;
    private List<String> messages;
 
    public MessageStorage(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        messages = new LinkedList<String>();
    }
    public void set(String message){
        synchronized (this){
            while(messages.size() == maxSize){
                try {
                    System.out.print("the message buffer is full now,startinto wait()\n");
                    wait();//满足条件时，线程休眠并释放锁。当调用notifyAll()时。线程唤醒并重新获得锁
                }catch (InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            try{
             Thread.sleep(100);
            }catch (InterruptedExceptione){
                e.printStackTrace();
            }
            messages.add(message);
            System.out.print("add message:"+message+" success\n");
            notifyAll();//唤醒休眠的线程
        }
    }
    public String get(){
        String message = null;
        synchronized (this){
            while(messages.size() == 0){
                try {
                    System.out.print("the message buffer is empty now,startinto wait()\n");
                    wait();
                }catch (InterruptedExceptione){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            try{
                Thread.sleep(100);
            }catch (InterruptedExceptione){
                e.printStackTrace();
            }
            message =((LinkedList<String>)messages).poll();
            System.out.print("get message:"+message+" success\n");
            notifyAll();
        }
        return message;
    }
}

实现一个生产者，向消息缓冲区写入消息：

public class Producer implements Runnable{
    private MessageStorage messageStorage;
    private int index;
    public Producer(MessageStorage messageStorage,int index) {
        this.messageStorage = messageStorage;
        this.index = index;
    }
 
    public void run(){
        for(int i=0; i<5; i++){
            StringBuffer message = new StringBuffer("thread id：");
            message.append(index);
            message.append(" id:");
            message.append(i);
            messageStorage.set(message.toString());
        }
    }
}

实现一个消费者，从消息缓冲区取数据:

public class Consumer implements Runnable{
    private MessageStorage messageStorage;
    public Consumer(MessageStorage messageStorage) {
        this.messageStorage = messageStorage;
    }
 
    public void run(){
        for(int i=0; i<5; i++){
            messageStorage.get();
        }
    }
}

测试代码：

public class ThreadMain {
    public static void main(String[] args){
        MessageStorage messageStorage = new MessageStorage(10);
        Thread[] threads = new Thread[10];
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Producer(messageStorage,i));//创建多个生产者
            threads[i] = thread;
        }
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Consumer(messageStorage));//创建多个消费者
            threads[i+5] = thread;
        }
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            Thread thread = threads[i];
            try {
                thread.start();//启动线程
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

总结：

使用wait()和notifyAll()/notify()方法，便于我们在程序中主动的控制的线程的休眠和唤醒 ，实现更为复杂的逻辑控制要求。另外，我们也可以使用Lock锁来进行代码控制，使用锁的条件Condition的await()和signal()/和signalAll()控制线程的休眠、唤醒，来实现上面的生产者-消费者模型。