Java Condition 實現生產者消費者模式：比 Object.wait/notify 更安全高效

Java Condition 詳解：生產者消費者模式最佳實踐

java.util.concurrent.locks.Condition 是 JDK 1.5 引入的線程協作工具，配合 Lock 使用，提供 await()/signal()/signalAll()，功能對標 Object.wait/notify/notifyAll 但更安全、更靈活、支持多條件隊列。本文對比兩者，給出生產消費完整實現。

Object.wait/notify vs Condition 對比

生產消費者完整實現（環形緩衝區）

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ConditionDemo {
    private final Object[] queue = new Object[100];
    private int readIndex = 0, writeIndex = 0, dataLen = 0;
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition notFull = lock.newCondition();  // 生產者等待條件
    private final Condition notEmpty = lock.newCondition(); // 消費者等待條件

    // 生產
    public void write(Object obj) {
        lock.lock();
        try {
            while (dataLen >= queue.length) { // 用 while 防虛假喚醒
                System.out.println("隊列滿，生產者等待...");
                notFull.await();
            }
            queue[writeIndex] = obj;
            writeIndex = (writeIndex + 1) % queue.length;
            dataLen++;
            notEmpty.signal(); // 喚醒一個消費者
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    // 消費
    public Object read() {
        lock.lock();
        try {
            while (dataLen <= 0) {
                System.out.println("隊列空，消費者等待...");
                notEmpty.await();
            }
            Object obj = queue[readIndex];
            readIndex = (readIndex + 1) % queue.length;
            dataLen--;
            notFull.signal(); // 喚醒一個生產者
            return obj;
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
            return null;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    // 測試
    public static void main(String[] args) {
        final ConditionDemo demo = new ConditionDemo();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) demo.write(i);
        }, "Producer").start();
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                Object obj = demo.read();
                if (obj != null) System.out.println("消費: " + obj);
            }
        }, "Consumer").start();
    }
}

關鍵最佳實踐

1. while 循環檢查條件：while (condition) await() 防止虛假喚醒（JVM 規範允許無通知喚醒）。
2. signal vs signalAll：單生產單消費用 signal()；多生產/多消費建議 signalAll() 避免信號丟失導致線程饑餓。
3. Lock 必須成對：lock.lock() → try → finally lock.unlock()，否則死鎖。
4. 異常處理：await() 拋 InterruptedException 時需恢復中斷狀態 Thread.currentThread().interrupt()。

應用場景擴展

• 線程池任務隊列（ArrayBlockingQueue 內部即用 Condition）。
• 讀寫鎖實現（ReentrantReadWriteLock 內部有读/写 Condition）。
• 定時任務調度器（DelayQueue 使用 Condition 等待最近任務到期）。