怎么理解Condition
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在java.util.concurrent
包中,有两个很特殊的工具类,Condition
和ReentrantLock
,使用过的人都知道,ReentrantLock
(重入锁)是jdk的concurrent
包提供的一种独占锁的实现。它继承自Dong
Lea的 AbstractQueuedSynchronizer
(同步器),确切的说是ReentrantLock
的一个内部类继承了AbstractQueuedSynchronizer
,ReentrantLock
只不过是代理了该类的一些方法,可能有人会问为什么要使用内部类在包装一层?
我想是安全的关系,因为AbstractQueuedSynchronizer
中有很多方法,还实现了共享锁,Condition
(稍候再细说)等功能,如果直接使ReentrantLock
继承它,则很容易出现AbstractQueuedSynchronizer
中的API被无用的情况。
言归正传,今天,我们讨论下Condition
工具类的实现。
ReentrantLock
和Condition
的使用方式通常是这样的:
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public
static
void
main(String[] args) { final
ReentrantLock reentrantLock = new
ReentrantLock(); final
Condition condition = reentrantLock.newCondition(); Thread
thread = new
Thread((Runnable) () -> { try
{ reentrantLock.lock(); System.out.println( "我要等一个新信号"
+ this ); condition.wait(); } catch
(InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println( "拿到一个信号!!"
+ this ); reentrantLock.unlock(); },
"waitThread1" ); thread.start(); Thread
thread1 = new
Thread((Runnable) () -> { reentrantLock.lock(); System.out.println( "我拿到锁了" ); try
{ Thread.sleep( 3000 ); } catch
(InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } condition.signalAll(); System.out.println( "我发了一个信号!!" ); reentrantLock.unlock(); },
"signalThread" ); thread1.start(); } |
运行后,结果如下:
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我要等一个新信号lock.ReentrantLockTest$1@a62fc3 我拿到锁了 我发了一个信号!! 拿到一个信号!! |
可以看到,
Condition
的执行方式,是当在线程1中调用await
方法后,线程1将释放锁,并且将自己沉睡,等待唤醒,
线程2获取到锁后,开始做事,完毕后,调用Condition
的signal
方法,唤醒线程1,线程1恢复执行。
以上说明Condition
是一个多线程间协调通信的工具类,使得某个,或者某些线程一起等待某个条件(Condition),只有当该条件具备( signal
或者 signalAll
方法被带调用)时
,这些等待线程才会被唤醒,从而重新争夺锁。
那,它是怎么实现的呢?
首先还是要明白,reentrantLock.newCondition()
返回的是Condition
的一个实现,该类在AbstractQueuedSynchronizer
中被实现,叫做newCondition()
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public
Condition newCondition() { return
sync.newCondition(); } |
它可以访问AbstractQueuedSynchronizer
中的方法和其余内部类(AbstractQueuedSynchronizer
是个抽象类,至于他怎么能访问,这里有个很奇妙的点,后面我专门用demo说明
)
现在,我们一起来看下Condition
类的实现,还是从上面的demo入手,
为了方便书写,我将AbstractQueuedSynchronizer
缩写为AQS
当await
被调用时,代码如下:
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public
final
void
await() throws
InterruptedException { if
(Thread.interrupted()) throw
new
InterruptedException(); Node
node = addConditionWaiter(); //
将当前线程包装下后, //
添加到Condition自己维护的一个链表中。 int
savedState = fullyRelease(node); //
释放当前线程占有的锁,从demo中看到, //
调用await前,当前线程是占有锁的 int
interruptMode = 0 ; while
(!isOnSyncQueue(node)) { //
释放完毕后,遍历AQS的队列,看当前节点是否在队列中, //
不在 说明它还没有竞争锁的资格,所以继续将自己沉睡。 //
直到它被加入到队列中,聪明的你可能猜到了, //
没有错,在singal的时候加入不就可以了? LockSupport.park( this ); if
((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0 ) break ; } //
被唤醒后,重新开始正式竞争锁,同样,如果竞争不到还是会将自己沉睡,等待唤醒重新开始竞争。 if
(acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode
= REINTERRUPT; if
(node.nextWaiter != null ) unlinkCancelledWaiters(); if
(interruptMode != 0 ) reportInterruptAfterWait(interruptMode); } |
回到上面的demo,锁被释放后,线程1开始沉睡,这个时候线程因为线程1沉睡时,会唤醒AQS队列中的头结点,所所以线程2会开始竞争锁,并获取到,等待3秒后,线程2会调用signal方法,“发出”signal信号,signal方法如下:
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public
final
void
signal() { if
(!isHeldExclusively()) throw
new
IllegalMonitorStateException(); Node
first = firstWaiter; //
firstWaiter为condition自己维护的一个链表的头结点, //
取出第一个节点后开始唤醒操作 if
(first != null ) doSignal(first); } |
说明下,其实Condition
内部维护了等待队列的头结点和尾节点,该队列的作用是存放等待signal信号的线程,该线程被封装为Node
节点后存放于此。
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public
class
ConditionObject implements
Condition, java.io.Serializable { private
static
final
long
serialVersionUID = 1173984872572414699L; /**
First node of condition queue. */ private
transient
Node firstWaiter; /**
Last node of condition queue. */ private
transient
Node lastWaiter; |
关键的就在于此,我们知道AQS自己维护的队列是当前等待资源的队列,AQS会在资源被释放后,依次唤醒队列中从前到后的所有节点,使他们对应的线程恢复执行。直到队列为空。
而Condition自己也维护了一个队列,该队列的作用是维护一个等待signal信号的队列,两个队列的作用是不同,事实上,每个线程也仅仅会同时存在以上两个队列中的一个,流程是这样的:
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线程1调用
reentrantLock.lock
时,线程被加入到AQS的等待队列中。 -
线程1调用
await
方法被调用时,该线程从AQS中移除,对应操作是锁的释放。 -
接着马上被加入到
Condition
的等待队列中,以为着该线程需要signal
信号。 - 线程2,因为线程1释放锁的关系,被唤醒,并判断可以获取锁,于是线程2获取锁,并被加入到AQS的等待队列中。
-
线程2调用
signal
方法,这个时候Condition
的等待队列中只有线程1一个节点,于是它被取出来,并被加入到AQS的等待队列中。 注意,这个时候,线程1 并没有被唤醒。 -
signal
方法执行完毕,线程2调用reentrantLock.unLock()
方法,释放锁。这个时候因为AQS中只有线程1,于是,AQS释放锁后按从头到尾的顺序唤醒线程时,线程1被唤醒,于是线程1回复执行。 - 直到释放所整个过程执行完毕。
可以看到,整个协作过程是靠结点在AQS的等待队列和Condition
的等待队列中来回移动实现的,Condition
作为一个条件类,很好的自己维护了一个等待信号的队列,并在适时的时候将结点加入到AQS的等待队列中来实现的唤醒操作。
看到这里,signal方法的代码应该不难理解了。
取出头结点,然后doSignal
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public
final
void
signal() { if
(!isHeldExclusively()) { throw
new
IllegalMonitorStateException(); } Node
first = firstWaiter; if
(first != null )
{ doSignal(first); } } private
void
doSignal(Node first) { do
{ if
((firstWaiter = first.nextWaiter) == null )
//
修改头结点,完成旧头结点的移出工作 lastWaiter
= null ; first.nextWaiter
= null ; }
while
(!transferForSignal(first) && //
将老的头结点,加入到AQS的等待队列中 (first
= firstWaiter) != null ); } final
boolean
transferForSignal(Node node) { /* *
If cannot change waitStatus, the node has been cancelled. */ if
(!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) return
false; /* *
Splice onto queue and try to set waitStatus of predecessor to *
indicate that thread is (probably) waiting. If cancelled or attempt *
to set waitStatus fails, wake up to resync (in which case the *
waitStatus can be transiently and harmlessly wrong). */ Node
p = enq(node); int
ws = p.waitStatus; //
如果该结点的状态为cancel 或者修改waitStatus失败,则直接唤醒。 if
(ws > 0
|| !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL)) LockSupport.unpark(node.thread); return
true ; } |
可以看到,正常情况 ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL)
这个判断是不会为true
的,所以,不会在这个时候唤醒该线程。
只有到发送signal
信号的线程调用reentrantLock.unlock()
后因为它已经被加到AQS的等待队列中,所以才会被唤醒。
总结:
本文从代码的角度说明了Condition
的实现方式,其中,涉及到了AQS的很多操作,比如AQS的等待队列实现独占锁功能,不过,这不是本文讨论的重点,等有机会再将AQS的实现单独分享出来。
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作者:分布式编程
出处:https://zthinker.com/
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