Java Concurrency - Condition

Condition 将 Object 监视器方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的对象，以便通过将这些对象与任意 Lock 实现组合使用，为每个对象提供多个等待池（wait-set）。其中，Lock 替代了 synchronized 方法和语句的使用，Condition 替代了 Object 监视器方法的使用。

条件（也称为条件队列或条件变量）为线程提供了一个含义，以便在某个状态条件现在可能为 true 的线程通知它之前，一直挂起该线程（即让其 “等待”）。因为访问此共享状态信息发生在不同的线程中，所以它必须受保护，因此要将某种形式的锁与该条件相关联。等待提供一个条件的主要属性是：以原子方式释放相关的锁，并挂起当前线程，就像 Object.wait 做的那样。

Condition 实例实质上被绑定到一个锁上。要为特定 Lock 实例获得 Condition 实例，请使用其 newCondition() 方法。

作为一个示例，假定有一个绑定的缓冲区，它支持 put 和 take 方法。如果试图在空的缓冲区上执行 take 操作，则在某一个项变得可用之前，线程将一直阻塞；如果试图在满的缓冲区上执行 put 操作，则在有空间变得可用之前，线程将一直阻塞。我们喜欢在单独的等待池中保存 put 线程和 take 线程，这样就可以在缓冲区中的项或空间变得可用时利用最佳规划，一次只通知一个线程。可以使用两个 Condition 实例来做到这一点。

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();
            return x;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

Condition 实现可以提供不同于 Object 监视器方法的行为和语义，比如受保证的通知排序，或者在执行通知时不需要保持一个锁。如果某个实现提供了这样特殊的语义，则该实现必须记录这些语义。

注意，Condition 实例只是一些普通的对象，它们自身可以用作 synchronized 语句中的目标，并且可以调用自己的 wait 和 notification 监视器方法。获取 Condition 实例的监视器锁或者使用其监视器方法，与获取和该 Condition 相关的 Lock 或使用其 waiting 和 signalling 方法没有什么特定的关系。为了避免混淆，建议除了在其自身的实现中之外，切勿以这种方式使用 Condition 实例。

Condition 的方法

await()

造成当前线程在接到信号或被中断之前一直处于等待状态。

与此 Condition 相关的锁以原子方式释放，并且出于线程调度的目的，将禁用当前线程，且在发生以下四种情况之一 以前，当前线程将一直处于休眠状态：

• 其他某个线程调用此 Condition 的 signal() 方法，并且碰巧将当前线程选为被唤醒的线程；或者
• 其他某个线程调用此 Condition 的 signalAll() 方法；或者
• 其他某个线程中断当前线程，且支持中断线程的挂起；或者
• 发生 “虚假唤醒”

在所有情况下，在此方法可以返回当前线程之前，都必须重新获取与此条件有关的锁。在线程返回时，可以保证它保持此锁。

如果当前线程：

• 在进入此方法时已经设置了该线程的中断状态；或者
• 在支持等待和中断线程挂起时，线程被中断，

则抛出 InterruptedException，并清除当前线程的中断状态。在第一种情况下，没有指定是否在释放锁之前发生中断测试。

awaitNanos(long nanosTimeout)

造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。

与此条件相关的锁以原子方式释放，并且出于线程调度的目的，将禁用当前线程，且在发生以下五种情况之一以前，当前线程将一直处于休眠状态：

• 其他某个线程调用此 Condition 的 signal() 方法，并且碰巧将当前线程选为被唤醒的线程；或者
• 其他某个线程调用此 Condition 的 signalAll() 方法；或者
• 其他某个线程中断当前线程，且支持中断线程的挂起；或者
• 已超过指定的等待时间；或者
• 发生 “虚假唤醒”。

在所有情况下，在此方法可以返回当前线程之前，都必须重新获取与此条件有关的锁。在线程返回时，可以保证它保持此锁。

如果当前线程：

• 在进入此方法时已经设置了该线程的中断状态；或者
• 在支持等待和中断线程挂起时，线程被中断，

则抛出 InterruptedException，并且清除当前线程的已中断状态。在第一种情况下，没有指定是否在释放锁之前发生中断测试。

在返回时，该方法返回了所剩毫微秒数的一个估计值，以等待所提供的 nanosTimeout 值的时间，如果超时，则返回一个小于等于 0 的值。可以用此值来确定在等待返回但某一等待条件仍不具备的情况下，是否要再次等待，以及再次等待的时间。此方法的典型用法采用以下形式：

synchronized boolean aMethod(long timeout, TimeUnit unit) {
    long nanosTimeout = unit.toNanos(timeout);
    while (!conditionBeingWaitedFor) {
        if (nanosTimeout > 0)
            nanosTimeout = theCondition.awaitNanos(nanosTimeout);
        else
            return false;
    }
    // ...
}

await(long time, TimeUnit unit)

造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。此方法在行为上等效于：

awaitNanos(unit.toNanos(time)) > 0

awaitUntil(Date deadline)

造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定最后期限之前一直处于等待状态。

与此条件相关的锁以原子方式释放，并且出于线程调度的目的，将禁用当前线程，且在发生以下五种情况之一以前，当前线程将一直处于休眠状态：

• 其他某个线程调用此 Condition 的 signal() 方法，并且碰巧将当前线程选为被唤醒的线程；或者
• 其他某个线程调用此 Condition 的 signalAll() 方法；或者
• 其他某个线程中断当前线程，且支持中断线程的挂起；或者
• 指定的最后期限到了；或者
• 发生 “虚假唤醒”。

在所有情况下，在此方法可以返回当前线程之前，都必须重新获取与此条件有关的锁。在线程返回时，可以保证 它保持此锁。

如果当前线程：

• 在进入此方法时已经设置了该线程的中断状态；或者
• 在支持等待和中断线程挂起时，线程被中断，

则抛出 InterruptedException，并且清除当前线程的已中断状态。在第一种情况下，没有指定是否在释放锁之前发生中断测试。

返回值指示是否到达最后期限，使用方式如下：

synchronized boolean aMethod(Date deadline) {
    boolean stillWaiting = true;
    while (!conditionBeingWaitedFor) {
        if (stillWaiting)
            stillWaiting = theCondition.awaitUntil(deadline);
        else
            return false;
    }
    // ...
 }

awaitUninterruptibly()

造成当前线程在接到信号之前一直处于等待状态。

与此条件相关的锁以原子方式释放，并且出于线程调度的目的，将禁用当前线程，且在发生以下三种情况之一以前，当前线程将一直处于休眠状态：

• 其他某个线程调用此 Condition 的 signal() 方法，并且碰巧将当前线程选为被唤醒的线程；或者
• 其他某个线程调用此 Condition 的 signalAll() 方法；或者
• 发生“虚假唤醒”

在所有情况下，在此方法可以返回当前线程之前，都必须重新获取与此条件有关的锁。在线程返回时，可以保证它保持此锁。

如果在进入此方法时设置了当前线程的中断状态，或者在等待时线程被中断，那么在接到信号之前，它将继续等待。当最终从此方法返回时，仍然将设置其中断状态。

signal()

唤醒一个等待线程。

如果所有的线程都在等待此条件，则选择其中的一个唤醒。在从 await 返回之前，该线程必须重新获取锁。

signalAll()

唤醒所有等待线程。

如果所有的线程都在等待此条件，则唤醒所有线程。在从 await 返回之前，每个线程都必须重新获取锁。