Condition 源码学习

ゝ一世哀愁。 2022-12-28 06:12 179阅读 0赞

## 是什么 ##

任意一个Java对象，都拥有一组监视器方法（Object类上）

1.  wait()
2.  wait(long timeout)
3.  notify()
4.  notifyAll()  
    这些方法与synchronized同步关键字配合，可以实现等待/通知模式。Condition接口也提供了类似Object的**监视器方法**，与Lock配合可以实现等待/通知模式。

## 使用例子 ##

获取一个Condition必须通过Lock的newCondition()方法。只有AQS有Condition的实现类，Lock有获取Condition的方法。并且Condition需要与Lock联合使用  
当A线程调用await()方法后，A线程会释放锁并在此等待。  
其他线程调用Condition对象的signal()方法，通知A线程后才从await()方法返回，并且在返回前**已经获取了锁。**

Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();
    
    public void conditionWait() throws InterruptedException { 
        lock.lock();
        try { 
            condition.await();
            dosomething();
        } finally { 
            lock.unlock();
        }
    }
    
    public void conditionSignal() throws InterruptedException { 
        lock.lock();
        try { 
            condition.signal();
        } finally { 
            lock.unlock();
        }
    }

## 接口结构 ##

![在这里插入图片描述][20201216000502392.png]

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法名</th> 
   <th>作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>void await()</td> 
   <td>使当前线程等待，直到收到信号或被中断interrupted，关联的锁被<strong>原子</strong>释放，并且当前线程出于线程调度目的而被禁用，并且处于休眠状态直到：<strong>1</strong>.其他线程调用<strong>signal</strong>方法，<strong>并且当前线程恰好被选择为要唤醒的线程</strong>；<strong>2</strong>.其他一些线程调用signalAll；<strong>3</strong>.某些其他线程interrupts当前线程；<strong>4</strong>.发生虚假唤醒。在此方法可以返回之前，当前线程必须重新获取与此条件关联的锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void awaitUninterruptibly();</td> 
   <td>相比await()，线程不可被中断</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>long awaitNanos(long nanosTimeout)</td> 
   <td>使当前线程等待，直到发出信号或中断它，或者经过指定的等待时间， 相对await()多了超时唤醒，返回值为剩余时间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>boolean await(long time, TimeUnit unit)</td> 
   <td>使当前线程等待，直到发出信号或中断它，或者经过指定的等待时间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>boolean awaitUntil(Date deadline)</td> 
   <td>当前线程进入等待状态，直到被通知或中断，或者经过指定的时间，被通知返回true，到指定时间返回false</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void signal();</td> 
   <td>唤醒一个等待线程。 该线程必须重新获取锁，然后才能从await返回。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void signalAll();</td> 
   <td>唤醒所有等待的线程。 每个线程必须重新获取锁，然后才能从await返回。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 两个名词 ##

1.  同步队列

> 存放在竞争锁时暂时没获取到锁的线程的队列，等待前面的节点释放锁后唤醒

1.  等待队列

> 存放 调用Condition.await方法，线程进入等待状态，需要等其他线程调用Condition.signal的线程

## 实现类ConditionObject ##

### 属性 ###

Condition拥有首节点（firstWaiter）和尾节点（lastWaiter），有头节点就能构建一个等待队列FIFO。

*  private transient Node firstWaiter;

> 等待队列的第一个节点。

*  private transient Node lastWaiter;

> 等待队列的最后一个节点。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dzZGZ5bQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## void await() ##

**实现可中断条件等待**

1.  构建节点，加入到等待队列尾部
2.  释放锁，唤醒同步队列中的后继节点
3.  循环判断，节点是否已经在同步队列，不在的话线程挂起
4.  等待线程被唤醒，再判断线程是否在同步队列
5.  在的同步队列的话，参与竞争锁

public final void await() throws InterruptedException { 
        //线程被中断抛出异常
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        //构建节点，插入到等待队列尾部
        Node node = addConditionWaiter();
        //释放锁
        int savedState = fullyRelease(node);
        int interruptMode = 0;
        /** * 检测此节点的线程是否在同步队上，如果不在，则说明该线程还不具备竞争锁的资格 * 则继续等待，直到检测到此节点在同步队列上 */
        while (!isOnSyncQueue(node)) { 
            //不在同步队列，线程挂起
            LockSupport.park(this);
            //如果已经中断了，则退出
            if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
                break;
        }
        //运行到此处的情况:线程被唤醒并且位于同步队列中
        //参与竞争同步状态
        if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
            interruptMode = REINTERRUPT;
        // 清理后续不在等待状态的节点
        if (node.nextWaiter != null) 
            unlinkCancelledWaiters();
        if (interruptMode != 0)
            reportInterruptAfterWait(interruptMode);
    }

几个注意点：

1.  为什么没看到CAS操作：因为发生的一切都是在获取到锁的情况下发生的，依靠锁实现同步状态
2.  线程是在什么时候被移动在同步队列的：当其他线程调用signal()方法，并且等待队列中被选中的是该线程

## void signal() ##

1.  先将等待队列中的**头节点**移出，修改相应引用
2.  将节点移动到同步队列中
3.  判断同步队列的原尾节点状态为Cancel，或者修改状态为Signal失败时，唤醒该线程投入锁的竞争。
4.  否则等待同步队列前驱节点释放锁后唤醒线程。

public final void signal() { 
        //检测线程是否拥有锁
        if (!isHeldExclusively())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        // 头节点
        Node first = firstWaiter;
        if (first != null)
            //唤醒头节点
            doSignal(first);
    }
    //唤醒线程以及一些引用修改
    private void doSignal(Node first) { 
        do { 
            //将头指针后移
            if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
                lastWaiter = null;
            //节点被移出队列，不需要后继引用
            first.nextWaiter = null;
        } while (!transferForSignal(first) &&
                 (first = firstWaiter) != null);
    }
    //将节点从条件队列转移到同步队列。如果成功，则返回true
    final boolean transferForSignal(Node node) { 
        //将该节点从状态CONDITION改变为初始状态0
        if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
            return false;
    
        //将节点加入到同步队列中去，返回同步队列原尾节点
        Node p = enq(node);
        int ws = p.waitStatus;
        //检查前驱节点的状态，若状态为cancel,尝试唤醒节点
        //前驱节点不为取消转态，尝试CAS状态为SIGNAL，如果失败，尝试唤醒节点投入到锁的竞争中去
        if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
            LockSupport.unpark(node.thread);
        return true;
    }

线程在调用signal后就会将等待队列的头节点移动到同步队列。等待同步队列的前驱节点唤醒线程。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dzZGZ5bQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

signalAll就算将所有节点都移动到同步队列中。

## 总结 ##

1.  一个线程获取锁后，通过调用Condition的await()方法，会将当前线程先加入到等待队列中，然后释放锁。
2.  将线程挂起，等待其他线程调用signal()将线程移动到同步队列中
3.  当线程被唤醒后，尝试竞争锁，竞争到锁后会从await方法进行返回。

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