java并发-使用内置条件队列实现简单的有界缓存

        内置锁和内置条件队列一起，一个简单的应用是创建可阻塞的有界缓存区，java并发包的BlockingQueue就是一个利用Lock和显式条件队列实现的可阻塞的有界队列。总结内置锁和内置条件的原理，这里我们用另一种方式实现简单的可阻塞缓存。源码如下：

        首先，创建一抽象有界缓存类ABoundedBuffer，提供插入和删除的基本实现。

/** * @title       :ABoundedBuffer * @description :有界缓存抽象类 * @update      :2014-12-30 上午9:29:33 * @author      :172.17.5.73 * @version     :1.0.0 * @since       :2014-12-30 */public abstract class ABoundedBuffer<V> {private final V[] buf;private int tail;private int head;private int count;protected ABoundedBuffer(int capacity){this.buf = (V[]) new Object[capacity];}protected synchronized final void doPut(V v){buf[tail] = v;if(++tail==buf.length){tail = 0;}++count;}protected synchronized final V doTake(){V v = buf[head];buf[head] = null;if(++head==buf.length){head = 0;}--count;return v;}public synchronized final boolean isFull(){return count == buf.length;}public synchronized final boolean isEmpty(){return count==0;}}

          其次，利用内置条件队列，编写子类实现可阻塞的插入和删除操作。插入操作，依赖的条件是缓存非满，当条件不满足时，调用wait方法挂起线程，一旦插入成功，说明缓存非空，则调用notifyAll方法唤醒等待非空的线程。删除操作，依赖的条件是非空，当条件不满足时，同样挂起等待，一旦删除成功，说明缓存非满，唤起等待该条件的线程。简单的源码如下：

import java.util.Date;/** *  * @title       :InnerConditionQueue * @description :使用内置条件队列，实现简单的有界缓存 *               通过对象的wait和notify来实现挂起 *               锁对象是this,调用wait/notify的对象是同一个对象。 *               三元关系（锁、wait/notify、条件谓词） *               缺陷： *               线程从wait中被唤醒时，并不代码条件谓词为真，此时还是需要再判断条件。所以必须在循环中调用wait *               每次醒来时都判断谓词的真假。 *               谓词：对客体的描述或说明（是什么、怎么样、做什么），描述客体的本质、关系、特性等的词项。 * @update      :2014-12-18 下午4:18:06 * @author      :172.17.5.73 * @version     :1.0.0 * @since       :2014-12-18 */public class InnerConditionQueue<V> extends ABoundedBuffer<V> {protected InnerConditionQueue(int capacity) {super(capacity);}public synchronized void put(V v) throws InterruptedException{while(isFull()){System.out.println(new Date()+" buffer is Full thread wait:"+Thread.currentThread().getName());wait();}doPut(v);notifyAll();}public synchronized V take() throws InterruptedException{while(isEmpty()){System.out.println(new Date()+" buffer is empty thread wait:"+Thread.currentThread().getName());wait();}V v = doTake();//每当在等待一个条件时，一定要确保在条件谓词变为真时，通过某种方式发出通知notifyAll();System.out.println(new Date()+" "+Thread.currentThread().getName()+" take:"+v);return v;}}

       最后，编写测试代码，创建一个大小为2的缓冲区，启动三个线程执行插入操作，当第三个线程执行时会因为缓存已满而挂起，主线程删除两个记录后，等待线程被唤醒成功插入。当缓存空的时候，之后的删除操作将被阻塞直到有新的记录插入为止。测试代码如下：

import java.util.Date;public class Main {public static void main(String[] args) {final InnerConditionQueue<String> bu = new InnerConditionQueue<String>(2);Thread t1 = new Thread(new Runnable(){@Overridepublic void run() {try {bu.put("hello1");} catch (InterruptedException execption) {System.out.println("intercetp1:"+Thread.currentThread().getName());}}});Thread t2 = new Thread(new Runnable(){@Overridepublic void run() {try {bu.put("hello2");} catch (InterruptedException execption) {System.out.println("intercetp2:"+Thread.currentThread().getName());}}});Thread t3 =  new Thread(new Runnable(){@Overridepublic void run() {try {bu.put("hello3");Thread.sleep(50000);bu.put("last one...");} catch (InterruptedException execption) {System.out.println("intercetp3:"+Thread.currentThread().getName());}}});t1.start();t2.start();t3.start();try {Thread.sleep(5000);bu.take();bu.take();bu.take();bu.take();} catch (InterruptedException execption) {execption.printStackTrace();}System.out.println(new Date()+" main over...");}}

       执行结果：t3的第一个put操作会因为缓存已满而阻塞，5秒后主线程删除两个操作后，重新被唤醒。主线程的第四个bu.take()操作会因为缓存为空而阻塞，直到t3在50秒后重新插入"last one"后被唤醒，操作结束。

Tue Dec 30 10:23:53 CST 2014 buffer is Full thread wait:Thread-2Tue Dec 30 10:23:58 CST 2014 main take:hello1Tue Dec 30 10:23:58 CST 2014 main take:hello2Tue Dec 30 10:23:58 CST 2014 buffer is empty thread wait:mainTue Dec 30 10:23:58 CST 2014 main take:hello3Tue Dec 30 10:23:58 CST 2014 buffer is empty thread wait:mainTue Dec 30 10:24:48 CST 2014 main take:last one...Tue Dec 30 10:24:48 CST 2014 main over...

      结论：BlockingQueue的子类ArrayBlockingQueue是使用ReentrantLock和ObjectCondition实现的可阻塞队列，该实现选取显式锁和显式条件队列的原因是很显然，这个队列的入队和出队操作依赖两个条件，而ReentrantLock可以关联多个条件队列。它与我们用Object的内置队列相比，巧妙之处在于：线程会在其等待的条件队列中等待。我们的例子中非空和非满这两种条件都关联着同一个条件队列，当一个线程由于其他线程调用了notifyAll而被唤醒时，并不意味着它等待的条件已经为真了，这也是内置条件队列的局限所在。