利用ReentrantLock与Condition实现生产者-消费者模式

# 1. 简介

## 1.1 介绍生产者-消费者模式

生产者-消费者模式是一种常见的多线程并发模式，用于解决生产者和消费者之间的数据交换与同步。在该模式中，生产者负责向共享资源中生产数据，而消费者则负责从共享资源中消费数据。通过合理的同步机制，可以实现生产者和消费者之间的有效协作。

## 1.2 传统的实现方式与问题

在传统的实现方式中，通常会使用 synchronized 关键字、wait()、notify() 或者 notifyAll() 方法来实现线程之间的通信与同步。然而，这种方式存在一些问题，如可能会造成线程的虚假唤醒，导致程序逻辑混乱等。

## 1.3 ReentrantLock与Condition简介

为了解决传统实现方式存在的问题，Java提供了ReentrantLock与Condition类来提供更灵活、可控制的线程同步机制。ReentrantLock是可重入的独占锁，可以替代synchronized关键字，而Condition则提供了类似wait()和notify()的功能，用于实现更细粒度的线程等待与唤醒。

通过结合使用ReentrantLock和Condition，可以更好地实现生产者-消费者模式，并且有效避免传统方式存在的问题。接下来，我们将详细介绍如何利用ReentrantLock与Condition来实现生产者-消费者模式。

# 2. 使用ReentrantLock与Condition实现生产者-消费者模式

生产者-消费者模式是并发编程中常用的设计模式，它涉及到生产者向共享的资源中添加数据，而消费者则从共享资源中获取数据。在传统的实现方式中，通常会使用`synchronized`关键字和`wait()`、`notify()`、`notifyAll()`等方法来实现线程间的通信和同步。然而，使用`ReentrantLock`和`Condition`可以提供更灵活、精细化的控制，避免传统方式中可能出现的一些问题。

### 1. 创建共享资源类

首先，我们需要创建一个共享资源类，用于存储生产者生产的数据并供消费者消费。

public class SharedResource {
    private List<Integer> data = new ArrayList<>();
    private final int CAPACITY = 10;
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private Condition producerCondition = lock.newCondition();
    private Condition consumerCondition = lock.newCondition();

    // 省略其他方法
}

在`SharedResource`类中，我们定义了一个用于存储数据的`List`，设置了资源的`CAPACITY`，并创建了一个`ReentrantLock`对象以及两个`Condition`对象来控制生产者和消费者线程的通信。

### 2. 使用ReentrantLock保护共享资源

在生产者和消费者的操作中，需要先获取锁以保护共享资源的访问。

public class SharedResource {
    // 省略前面的内容

    public void produce(int num) {
        lock.lock();
        try {
            // 生产数据并添加到共享资源中
            while (data.size() == CAPACITY) {
                producerCondition.await();
            }
            data.add(num);
            System.out.println("Produced: " + num);
            consumerCondition.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    // 省略消费者操作等其他方法
}

在生产者的`produce()`方法中，首先通过`lock.lock()`获取锁，然后在向共享资源中添加数据时，如果资源达到容量上限，则调用`producerCondition.await()`进入等待状态。当消费者消费数据后调用`consumerCondition.signal()`唤醒正在等待的生产者线程。

### 3. 利用Condition进行线程通信

`Condition`接口可以更灵活地对线程进行通信，通过`await()`和`signal()`方法可以精确控制线程的阻塞和唤醒。

public class Producer implements Runnable {
    private SharedResource sharedResource;

    public Producer(SharedResource sharedResource) {
        this.sharedResource = sharedResource;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            sharedResource.produce(i);
        }
    }
}

在生产者线程中，通过调用`produce()`方法向共享资源中添加数据，其中会涉及到使用`producerCondition.await()`和`consumerCondition.signal()`等方法来实现线程之间的协作。

使用`ReentrantLock`与`Condition`实现生产者-消费者模式，可以更加灵活、精细地控制线程之间的通信与同步，避免了传统方式可能出现的一些问题，提高了代码的可维护性和可读性。

# 3. 生产者的实现

在生产者-消费者模式中，生产者的作用是向共享资源中添加数据，需要在保证线程安全的情况下进行添加操作。接下来我们将