线程间定制化通信

概念

多个线程之间的执行时机并不是固定的，是由 CPU 来操作调度的，而如果要让线程按照我们需要的顺序执行，那这就是线程间定制化通信

实现

因为一般的notify()和notifyAll()方法唤醒的线程具有强烈的随机性，所以我们这里采用Condition接口。

Condition接口的特殊之处在于：

相较于synchronized只能与一个对象的监视器相关联，而ReentrantLock对象，则可以通过反复调用newCondition()方法，创建多个Condition对象，而这些Condition对象则与lock的监视器相对应，可以自由的唤醒对应的Condition对象的线程

Condition

概述

在开始写正式的代码之前，我们先来补充一些Condition的基础知识

每个Condition对象都包含一个队列(等待队列)。等待队列是一个FIFO的队列，在队列中的每个节点都包含了一个线程引用，该线程就是在Condition对象上等待的线程，如果一个线程调用了Condition.await()方法，那么该线程将会释放锁、构造成节点加入等待队列并进入等待状态

常用方法

方法	描述
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。
boolean 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->是否超时，超时异常
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。返回值表示剩余时间，如果在nanosTimesout之前唤醒，那么返回值 = nanosTimeout - 消耗时间，如果返回值 <= 0 ,则可以认定它已经超时了。
awaitUninterruptibly()	造成当前线程在接到信号之前一直处于等待状态。（注意：该方法对中断不敏感）。
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。如果没有到指定时间就被通知，则返回true，否则表示到了指定时间，返回返回false。
signal()	唤醒一个等待线程。该线程从等待方法返回前必须获得与Condition相关的锁。
signalAll()	唤醒所有等待线程。能够从等待方法返回的线程必须获得与Condition相关的锁。

原理简述

每个Condition对象都包含一个队列(等待队列)。等待队列是一个FIFO的队列，在队列中的每个节点都包含了一个线程引用，该线程就是在Condition对象上等待的线程，如果一个线程调用了Condition.await()方法，那么该线程将会释放锁、构造成节点加入等待队列并进入等待状态。等待队列的基本结构如下所示：

注意：

• 等待队列分为首节点和尾节点。当一个线程调用Condition.await()方法，将会以当前线程构造节点，并将节点从尾部加入等待队列。
• 新增节点就是将尾部节点指向新增的节点。节点引用更新本来就是在获取锁以后的操作，所以不需要CAS保证。同时也是线程安全的操作
• 调用Condition的signal()方法，将会唤醒在等待队列中等待最长时间的节点（条件队列里的首节点）

代码总览

现在，我们来看一个代码

public class Restaurant {
​
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
​
    private final Condition customerCondition = lock.newCondition();
​
    private final Condition waiterCondition = lock.newCondition();
​
    private final Condition chefCondition = lock.newCondition();
​
    private boolean isOrderReceived = false;
    private boolean isMealServed = false;
​
    public void reception() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("服务生接待顾客");
​
            customerCondition.signal();
​
            while (!isOrderReceived) {
                waiterCondition.await();
            }
​
            System.out.println("顾客点餐完毕，服务生给厨师菜单");
​
            chefCondition.signal();
​
            while (!isMealServed) {
                waiterCondition.await();
            }
​
            System.out.println("将饭菜给顾客");
​
            customerCondition.signal();
​
            while (isMealServed) {
                waiterCondition.await();
            }
​
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
​
    public void orderFood(){
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("用户点餐");
​
            isOrderReceived = true;
            waiterCondition.signal();
​
            while (!isMealServed) {
                customerCondition.await();
            }
​
            System.out.println("顾客用餐");
​
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
​
    public void cook() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("厨师做饭");
​
            isOrderReceived = false;
            isMealServed = true;
            waiterCondition.signal();
​
            while (isOrderReceived) {
                chefCondition.await();
            }
​
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

这里我们使用使用newCondition()方法新建了三个Condition对象，同时我们定义了两个标志变量：isOrderReceived和isMealServed，分别表示顾客是否已经点餐和饭菜是否已经送到顾客手中。然后是三个方法，分别是reception()（接待）、orderFood()（点餐）、cook()（做饭），用于模拟服务生接待顾客、顾客点餐吃饭、厨师做饭。

接下来，我们看看这三个代码的具体执行流程

具体执行流程

1. 首先，我们要执行reception()方法

2. 然后服务生要先接待顾客，然后则到了点餐的时候，所以这时候要先唤醒customerCondition对象的线程（也就是顾客执行操作的线程），然后判断顾客是否已经点餐了，如果还没有点餐，则使自身线程休眠

   System.out.println("服务生接待顾客");
   ​
   customerCondition.signal();
   ​
   while (!isOrderReceived) {
       waiterCondition.await();
   }
   

3. 然后则是用户点餐，点餐完成之后就到了服务生将菜单给厨师，让厨师做菜，所以首先要让isOrderReceived标志变量为true，然后重新唤醒waiterCondition对应的线程，最后，在服务生未将饭菜给顾客之前，要保持线程的休眠

   System.out.println("用户点餐");
   ​
   isOrderReceived = true;
   waiterCondition.signal();
   ​
   while (!isMealServed) {
       customerCondition.await();
   }
   

4. 接着是服务生将菜单给厨师，所以要唤醒chefCondition对应的线程，同时保持自身线程的休眠

   System.out.println("顾客点餐完毕，服务生给厨师菜单");
   ​
   chefCondition.signal();
   ​
   while (!isMealServed) {
       waiterCondition.await();
   }
   

5. 然后是厨师根据菜单做菜，首先要将isOrderReceived设置为false，表示当前菜单已经处理了，和isMealServed设置为true，表示厨师已经做出饭菜，接着唤醒waiterCondition对应的线程，让服务生将饭菜给顾客，同时在下一份饭菜来之前，保持自身线程的休眠

   System.out.println("厨师做饭");
   ​
   isOrderReceived = false;
   isMealServed = true;
   waiterCondition.signal();
   ​
   while (isOrderReceived) {
       chefCondition.await();
   }
   

6. 服务生受到厨师做完菜的消息后，将食物给顾客，同时唤醒customerCondition对应的线程，让顾客消费，同时保持自身线程的休眠

   System.out.println("将饭菜给顾客");
   ​
   customerCondition.signal();
   ​
   while (isMealServed) {
       waiterCondition.await();
   }
   

7. 最后，顾客用餐

   System.out.println("顾客用餐");
   

执行代码

然后，来看我们的运行的代码：

public class RestaurantTest {
​
    public static void main(String[] args) {
​
        Restaurant restaurant  = new Restaurant();
​
        new Thread(restaurant::reception, "reception").start();
        new Thread(restaurant::orderFood, "orderFood").start();
        new Thread(restaurant::cook, "cook").start();
    }
​
}

新建三个线程执行代码，下面是执行的结果：

服务生接待顾客
用户点餐
顾客点餐完毕，服务生给厨师菜单
厨师做饭
将饭菜给顾客
顾客用餐

这就是这篇文章的内容了，欢迎大家的讨论，如有错漏，也请指出，谢谢～