一、協調生產/消費的需求
本文內容主要想向大家介紹一下Lock結合Condition的使用方法，為了更好的理解Lock鎖與Condition鎖訊號，我們來手寫一個ArrayBlockingQueue。 JDK實際上已經有這個類，基於Lock鎖與Condition鎖訊號實現的，當然JDK實現程式碼很複雜包含了更嚴謹的邏輯校驗，以及從效能優化的角度做了更多的工作。本文中我們只是來簡單實現一下其核心邏輯：
- ArrayBlockingQueue初始化構造時指定容量上限最大值
- 提供put方法，當達到Queue佇列容量上限最大值，阻塞生產資料的執行緒。
- put方法生產資料之後，佇列肯定是不為空，通知消費者執行緒進行消費。
- 提供take方法，當Queue佇列容量為0時候，阻塞消費資料的執行緒。
- take方法執行之後，佇列肯定不是滿的，通知生產者執行緒進行生產。
- 一條資料只能被take一次，take之後資料從queue中刪除
相信實現完成上面的邏輯之後，java併發程式設計之Lock鎖與Condition鎖訊號，你肯定是掌握了！其實這個邏輯基本上就是kafka生產者客戶端緩衝佇列，批量進行資料傳送的實現邏輯。區別是take方法一次取出緩衝區所有資料，本文take方法一次取出一條資料。
二、構造方法
構造佇列的方法很簡單，使用一個List作為資料儲存佇列，並指定其容量。到此我們還沒有實現容量判斷，以及阻塞執行緒的功能。
//類成員變數-儲存資料的佇列
private List<Object> queue;
//類成員變數-儲存佇列的容量上限
private int queueSize;
public MyBlockingQueue(int queueSize) {
this.queueSize = queueSize;
queue = new ArrayList<>(queueSize);//儲存訊息的集合
}
三、Lock& Condition邏輯設計
首先我們要有一把鎖，保證資料put與take操作的同步性，即：一條資料只能被take一次，take之後資料從queue中刪除；以及建立Condition邏輯都需要Lock鎖。學過java基礎併發程式設計的同學，可以把Lock鎖理解為Synchronized 同步程式碼塊功能是一樣的。我寫過一個專欄《java併發程式設計》中介紹了二者的區別，歡迎關注。
private Lock lock = new ReentrantLock();//鎖
Condition邏輯大家可以理解為傳統JDK多執行緒程式設計中的wait與notify，但是Condition的語義更容易被理解。如下文程式碼所示：
private Condition notFull = lock.newCondition(); //佇列不為滿
notFull.signal(); //通知生產者佇列不為滿，可以繼續生產資料(通常在消費者拿走資料之後，呼叫)
notFull.await(); //佇列已滿，阻塞生產執行緒（await對condition邏輯取反）
private Condition notEmpty = lock.newCondition(); //佇列不為空
notEmpty.signal(); //通知消費者執行緒佇列不為空，可以繼續消費資料(通常在生產者生產資料之後，呼叫)
notEmpty.await(); //佇列已經空了，阻塞消費執行緒（await對condition邏輯取反）
大家在使用Lock& Condition進行執行緒同步協調的時候，一定像我一樣先把condition的邏輯語義設計好
- 將當xxxx時候的表達，設計為condition。
- 當情況滿足condition的時候發出訊號signal()通知其他執行緒；
- 當情況與condtion正好相反的的時候，使用await阻塞當前執行緒。
四、put放入資料
其實最重要的就是完成Lock& Condition邏輯設計，剩下的就是填空了，模板如下
通過while迴圈判斷佇列當前容量是否達到容量上限，如果達到上限就表示佇列滿了。佇列滿了（notFull取反使用await），await阻塞生產執行緒向佇列中繼續放入資料。在這裡，有小夥伴曾經問過我一個奇葩的問題：多執行緒持有同一個lock鎖，你怎麼知道阻塞的是生產執行緒，而不是消費執行緒呢？ 答：一個執行緒是生產執行緒還是消費執行緒，取決於它的動作（呼叫什麼方法），並沒有一個標籤給它定義死，呼叫put方法放入資料的就是生產資料的執行緒。while/await組合是標準寫法，請不要隨意創新改成if，否則你會遇到很多詭異的bug。
//佇列滿了，await阻塞生產執行緒
while (queue.size() >= queueSize) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等待,因為佇列滿了" );
notFull.await();
}
向佇列中新增一條資料，此時我們可以確定佇列是notEmpty，所以使用notEmpty.signal()向生產者傳送訊號。這裡問題又來了：多執行緒持有同一個lock鎖，你怎麼知道通知的是消費者執行緒，而不是生產者執行緒呢？ 答案是我確實不知道，所以在上文中的while (queue.size() >= queueSize)採用的是while，而不是if。即使生產者執行緒被喚醒了，while判斷也會把它await攔住。
//向佇列新增一條訊息，同時通知消費者有新訊息了
queue.add(message);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生產" + message );
notEmpty.signal();//通知消費者執行緒
五、take消費資料
take從佇列中取出資料，取出資料之後，佇列肯定是notFull ，所以發出notFull.signal訊號。當佇列空了（notEmpty使用await取反)，await同時阻塞消費者執行緒。
public Object take() throws InterruptedException {
Object retVal = null;
lock.lock();//操作佇列先加鎖
try {
//佇列空了，通知生產執行緒，消費執行緒阻塞
while (queue.size() == 0) {
System.out.println("佇列已經空了，停止消費！");
notEmpty.await();
}
//佇列刪除一條訊息，同時通知生產者佇列有位置了
retVal = queue.get(0);
queue.remove(0);
notFull.signal(); //同時通知生產者佇列
} finally {
lock.unlock();
}
return retVal;
}
我相信有了上面put方法的基礎，理解take方法中的程式碼，就非常容易了，這裡我就不做過多的說明了。
六、生產消費測試
public static void main(String[] args) {
//為了方便檢視測試結果，我們的佇列容量設定小一些
MyBlockingQueue queue = new MyBlockingQueue(2);
//生產者執行緒
new Thread(()->{
for(int i = 0;i < 5;i++){
try {
queue.put("msg" + i); //放入5條資料
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
//消費者執行緒
new Thread(()->{
while(true){ //一直消費
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "消費資料" + queue.take());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
輸出結果如下，滿足我們的需求。佇列滿了，生產者執行緒Thread-0等待；生產消費互相協調通知，最終資料消費完成，佇列空了，消費者執行緒阻塞。
Thread-0生產msg0
Thread-0生產msg1
Thread-0等待,因為佇列滿了
Thread-1消費資料msg0
Thread-0生產msg2
Thread-0等待,因為佇列滿了
Thread-1消費資料msg1
Thread-0生產msg3
Thread-0等待,因為佇列滿了
Thread-1消費資料msg2
Thread-0生產msg4
Thread-1消費資料msg3
Thread-1消費資料msg4
佇列已經空了，停止消費！
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