条件变量（Condition）详解

一、Condition 的基本概念

条件变量（Condition） 是 Java 并发包（java.util.concurrent.locks）中用于线程间协调的机制，通常与显式锁（如 ReentrantLock）配合使用。它的核心功能是允许线程在特定条件未满足时挂起（阻塞），直到其他线程修改条件后唤醒它。

二、Condition 的核心方法

方法	描述
`void await()`	释放锁并挂起线程，直到被唤醒或中断。
`void signal()`	唤醒一个等待线程（随机选择）。
`void signalAll()`	唤醒所有等待线程。
`boolean await(long time, TimeUnit unit)`	带超时的等待，超时后自动恢复。
`void awaitUninterruptibly()`	不可中断的等待（需手动处理中断）。

三、Condition 的使用场景

生产者-消费者模型 当缓冲区满时，生产者挂起；当缓冲区空时，消费者挂起，通过 Condition 实现精准唤醒。
线程间任务协调 例如，主线程等待多个子线程完成任务后再继续执行。
复杂同步逻辑 使用多个 Condition 分离不同的等待条件，避免过早唤醒（如"非满"和"非空"条件）。

四、Condition 的实现原理

底层依赖
- 基于 AbstractQueuedSynchronizer（AQS），每个 Condition 对象内部维护一个 条件队列。
等待队列与同步队列
- 条件队列 ：调用 await() 的线程会进入此队列。
- 同步队列 ：调用 signal() 后，线程从条件队列迁移到锁的同步队列，等待获取锁。
操作流程
- await() ：释放锁 → 线程加入条件队列 → 挂起。
- signal() ：将条件队列的头节点移动到锁的同步队列 → 线程尝试获取锁。

五、Condition 的使用示例（生产者-消费者模型）

java 复制代码

import java.util.concurrent.locks.*;

public class BoundedBuffer {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition notFull = lock.newCondition();  // 缓冲区未满条件
    private final Condition notEmpty = lock.newCondition(); // 缓冲区非空条件
    private final Object[] items = new Object[10];
    private int putPtr, takePtr, count;

    // 生产者方法
    public void put(Object x) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == items.length) {
                notFull.await(); // 缓冲区已满，等待
            }
            items[putPtr] = x;
            if (++putPtr == items.length) putPtr = 0;
            count++;
            notEmpty.signal(); // 通知消费者可消费
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    // 消费者方法
    public Object take() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == 0) {
                notEmpty.await(); // 缓冲区为空，等待
            }
            Object x = items[takePtr];
            if (++takePtr == items.length) takePtr = 0;
            count--;
            notFull.signal(); // 通知生产者可生产
            return x;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

六、Condition 的注意事项

必须持有锁
- 调用 await() 和 signal() 前必须获取关联的锁，否则抛出 IllegalMonitorStateException。
循环检查条件
- 使用 while 而非 if 检查条件，防止虚假唤醒（Spurious Wakeup）。
中断处理
- await() 可能抛出 InterruptedException，需在代码中处理中断逻辑。
signal() vs signalAll()
- signal() ：更高效，但可能因线程竞争导致某些线程饥饿。
- signalAll() ：唤醒所有线程，确保逻辑正确性，但可能增加竞争。

七、Condition 与 Object 监视器方法的对比

特性	Condition	Object 监视器方法（wait/notify）
关联锁	必须与显式锁（如 `ReentrantLock`）绑定	与 `synchronized` 关键字绑定
多条件支持	一个锁可关联多个 `Condition` 对象	一个对象只能有一个等待队列
灵活性	支持超时、不可中断等待	仅支持基本等待/通知
性能	更细粒度控制，减少不必要的唤醒	唤醒全部线程，可能引发竞争

八、常见问题与解决方案

死锁风险
- 确保 signal() 在修改条件后调用，且所有分支都能释放锁（使用 try-finally 块）。
资源泄漏
- 确保所有等待线程最终被唤醒（如使用 signalAll() 在关闭时通知所有线程）。
过早唤醒
- 通过多个 Condition 分离不同条件（如"非满"和"非空"）。

总结

核心价值 ：Condition 提供了比 wait/notify 更灵活的线程协调机制，支持多条件等待和精细控制。
适用场景：生产者-消费者、任务协调、复杂同步逻辑。
最佳实践 ：始终在循环中检查条件，优先使用多个 Condition 分离关注点，正确处理中断和锁释放。

通过合理使用 Condition，可以编写出高效且易于维护的多线程程序。