Java条件变量详解（Condition接口在并发编程中的使用指南）

什么是条件变量？

条件变量（Condition）是 Java 并发包（java.util.concurrent.locks）中提供的一种线程间协作机制。它允许一个或多个线程在某个条件不满足时进入等待状态，直到其他线程修改了共享状态并显式地通知它们。

与传统的 Object.wait() 和 Object.notify() 相比，Condition 接口提供了更细粒度的控制，支持多个等待集（即一个锁可以关联多个 Condition），从而实现更复杂的线程调度逻辑。

为什么需要 Condition？

假设你正在开发一个生产者-消费者模型：

• 当缓冲区满时，生产者应暂停生产；
• 当缓冲区空时，消费者应暂停消费。

使用传统的 wait/notify 可能会因为无法区分“满”和“空”两种状态而唤醒错误的线程。而使用 Java条件变量，我们可以为“缓冲区满”和“缓冲区空”分别创建两个 Condition 对象，精准控制线程的等待与唤醒。

如何使用 Condition？

使用 Condition 的基本步骤如下：

1. 创建一个 ReentrantLock 实例；
2. 通过锁对象调用 newCondition() 方法创建 Condition；
3. 在需要等待的线程中调用 condition.await()；
4. 在条件满足时，由其他线程调用 condition.signal() 或 condition.signalAll() 唤醒等待线程。

代码示例：生产者-消费者模型

import java.util.LinkedList;import java.util.Queue;import java.util.concurrent.locks.Condition;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class ProducerConsumerExample {    private final Queue<Integer> buffer = new LinkedList<>();    private final int maxSize = 5;    private final Lock lock = new ReentrantLock();        // 两个条件变量：一个用于“缓冲区满”，一个用于“缓冲区空”    private final Condition notFull = lock.newCondition();    private final Condition notEmpty = lock.newCondition();    public void produce(int item) throws InterruptedException {        lock.lock();        try {            while (buffer.size() == maxSize) {                // 缓冲区满，生产者等待                notFull.await();            }            buffer.offer(item);            System.out.println("Produced: " + item + ", Buffer size: " + buffer.size());                        // 通知消费者：缓冲区不再为空            notEmpty.signal();        } finally {            lock.unlock();        }    }    public int consume() throws InterruptedException {        lock.lock();        try {            while (buffer.isEmpty()) {                // 缓冲区空，消费者等待                notEmpty.await();            }            int item = buffer.poll();            System.out.println("Consumed: " + item + ", Buffer size: " + buffer.size());                        // 通知生产者：缓冲区不再为满            notFull.signal();            return item;        } finally {            lock.unlock();        }    }}

在这个例子中，我们使用了两个 Condition 对象：notFull 和 notEmpty，分别对应“缓冲区未满”和“缓冲区非空”的条件。这样就能确保生产者和消费者只在合适的时机被唤醒，避免了虚假唤醒或错误唤醒的问题。

Condition 与 wait/notify 的对比

常见误区与注意事项

• 必须在持有锁的情况下调用 await/signal：否则会抛出 IllegalMonitorStateException。
• 使用 while 而不是 if 判断条件：防止虚假唤醒（spurious wakeup）。
• 始终在 finally 块中释放锁：确保锁一定会被释放，避免死锁。

总结

通过本文，我们详细介绍了 Java条件变量（Condition）的基本概念、使用方法以及与传统 wait/notify 机制的对比。Condition 是 Java并发编程 中实现复杂线程协作的强大工具，特别适用于需要多个等待条件的场景。

掌握 等待通知机制 的高级形式——Condition 接口，不仅能提升你的并发编程能力，还能让你写出更安全、更高效的多线程程序。希望这篇教程能帮助你顺利入门并深入理解这一重要知识点！

关键词回顾：Java条件变量、Condition接口、Java并发编程、等待通知机制