多线程之美8一 AbstractQueuedSynchronizer源码分析<二>
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AQS的源码分析 <二>
该篇主要分析AQS的ConditionObject，是AQS的内部类，实现等待通知机制。
1、条件队列
条件队列与AQS中的同步队列有所不同，结构图如下：
两者区别：
- 1、链表结构不同，条件队列是单向链表，同步队列是双向链表。
- 2、两个队列中等待条件不同，条件队列中线程是已经获取到锁，主动调用await方法释放锁，挂起当前线程，等待某个条件（如IO,mq消息等），同步队列中的线程是等待获取锁，在获取锁失败后挂起等待锁可用。
两者联系：
当等待的某个条件完成，其他线程调用signal方法，通知挂起在条件队列中的线程，会将条件队列中该node移出，加入到同步队列中，node的ws状态由Node.CONDITION改为0 ，开始等待锁。
2、ConditionObject
ConditionObject 和 Node一样，都是AQS的内部类, ConditionObject实现Condition接口，主要实现线程调用 await和signal ，实现线程条件阻塞和通知机制，Condition对象通过 Lock子类调用newConditon方法获取，以
ReentrantLock为例，代码如下：
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
可见排他锁的newCondition方法返回的是ConditionObject对象
final ConditionObject newCondition() {
return new ConditionObject();
}
简单生产者消费示例代码：
package AQS;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* @author zdd
* 2019/12/30 下午
* Description: 利用ReentrantLock和Condition实现生产者消费者
*/
public class ConditionTest {
static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
static Condition condition = lock.newCondition();
public static void main(String[] args) {
//资源类
Apple apple = new Apple();
//1.开启生产者线程
new Thread(()-> {
for (;;) {
lock.lock();
try {
//苹果没有被消费，吃完通知我，我再生产哦
if (apple.getNumber() > 0) {
condition.await();
}
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
System.out.println("生产一个苹果");
apple.addNumber();
//通知消费线程消费
condition.signal();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
},"producer").start();
//2.开启消费者线程
new Thread(()-> {
for (;;) {
lock.lock();
try {
//苹果数量为0，挂起等待生产苹果，有苹果了会通知
if(apple.getNumber() == 0) {
condition.await();
}
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
System.out.println("消费一个苹果");
apple.decreNumber();
//通知生产线程生产
condition.signal();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
},"consumer").start();
}
//定义苹果内部类
static class Apple {
//记录苹果数量
private Integer number =0;
public void addNumber() {
number++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"当前苹果数量："+number );
}
public void decreNumber() {
number--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"当前苹果数量："+number);
}
public Integer getNumber() {
return number;
}
}
}
执行结果如下图：
2.1、 await() 方法
当前线程是在已经获取锁的情况下，调用await方法主动释放锁，挂起当前线程，等待某个条件（IO,mq消息等）唤醒，再去竞争获取锁的过程。该方法会将当前线程封装到node节点中，添加到Condition条件队列中，释放锁资源，并挂起当前线程。
具体执行步骤如下：
1、线程封装到node中，并添加到Condition条件队列中，ws =-2 即为Node.CONDITION。
2、释放锁。
3、将自己阻塞挂起，如果线程被唤醒，首先检查自己是被中断唤醒的不。如果是被中断唤醒，跳出while循环；如果是被其他线程signal唤醒，则判断当前线程所在node是否被加入到同步等待队列，已在同步队列中也跳出while循环，否则继续挂起，signal唤醒逻辑会将condition条件队列node 移出，加入到同步队列中，去等待获取锁。
4，线程被唤醒，执行acquireQueued方法，线程会尝试获取锁，若失败则在同步队列中找到安全位置阻塞，成功则从调用await()方法处继续向下执行，返回值表示当前线程是否被中断过。
public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
Node node = addConditionWaiter();
int savedState = fullyRelease(node);
int interruptMode = 0;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
//挂起当前线程
LockSupport.park(this);
// 被唤醒： 1,被其他线程唤醒，2，中断唤醒，
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break;
}
//1,如果被signal正常唤醒执行acquireQueued,返回false,如果获取到锁就继续执行调用await后面的代码了，未获取到锁就在同步队列中继续挂起等待锁执行了
//2,如果被中断唤醒的，acquireQueued 返回true
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
//线程在被signal后，再被中断的
interruptMode = REINTERRUPT;
// 后面代码处理的是被中断唤醒的情况
if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
//如果nextWaiter!=null,则表示还在条件队列中，清理一下所有被取消node
//什么情况下会进入该if判断中，如果是正常被signal的，会将该node从条件队列移出加入到同步队列中的， nextWaiter 一定为null,那就是被异常中断情况，
unlinkCancelledWaiters();
if (interruptMode != 0)
//响应中断模式
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}
第1步，执行addConditionWaiter方法，主要逻辑是将线程封装为Node,并添加到条件队列中
private Node addConditionWaiter() {
//1.获取队列中最后一个节点
Node t = lastWaiter;
//2.如果最后一个节点被取消，清除出队
if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
unlinkCancelledWaiters();
t = lastWaiter;
}
//3. t 指向最新有效的节点，也可能条件队列为空，t==null
Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
if (t == null)
firstWaiter = node;
else
t.nextWaiter = node;
lastWaiter = node;
return node;
}
第2步，完全释放锁 fullyRelease，将同步状态state 设置为初始值0，这里考虑到有多次重入获取锁情况，state >1，这时需完全释放锁。
final int fullyRelease(Node node) {
boolean failed = true;
try {
int savedState = getState();
//1,释放锁
if (release(savedState)) {
failed = false;
return savedState;
} else {
throw new IllegalMonitorStateException();
}
} finally {
if (failed)
//2,释放锁失败，将条件队列中的节点标记为取消
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
}
}
isOnSyncQueue 判断node是否在同步队列中
final boolean isOnSyncQueue(Node node) {
//1,这2种情况肯定没有在同步队列中
if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null)
return false;
if (node.next != null) // If has successor, it must be on queue
return true;
//3.从同步队列尾节点开始对比，看是否在同步队列中
return findNodeFromTail(node);
}
findNodeFromTail 从后向前寻找
private boolean findNodeFromTail(Node node) {
Node t = tail;
for (;;) {
if (t == node)
return true;
if (t == null)
return false;
t = t.prev;
}
}
在线程被唤醒后，检查挂起期间是否被中断
private int checkInterruptWhileWaiting(Node node) {
return Thread.interrupted() ?
(transferAfterCancelledWait(node) ? THROW_IE : REINTERRUPT) :
0;
}
如果线程被中断了，那就需要将在条件队列中等待的该节点执行 transferAfterCancelledWait
final boolean transferAfterCancelledWait(Node node) {
// 判断是否是被signal通知唤醒的,会更新为0，更新成功，执行入队操作（加入同步队列）
if (compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) {
enq(node);
return true;
}
while (!isOnSyncQueue(node))
//未在同步队列中，让出处理器，线程回到就绪态，等待下一次分配cpu调度
Thread.yield();
return false;
}
最后根据不同的中断值做出相应处理
private void reportInterruptAfterWait(int interruptMode)
throws InterruptedException {
if (interruptMode == THROW_IE)
//1,直接抛出中断异常
throw new InterruptedException();
else if (interruptMode == REINTERRUPT)
//2,中断标志
selfInterrupt();
}
2.2、signal方法
就是将条件队列中的node移出，加入到同步队列等待获取锁的过程。
流程图如下：
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)
lastWaiter = null;
// 1、将first节点执行出队操作
first.nextWaiter = null;
} while (!transferForSignal(first) &&
(first = firstWaiter) != null);
//2,如果条件队列中有ws =-2的节点，肯定会移出一个到同步队列中
}
final boolean transferForSignal(Node node) {
//1,将node ws更新为0 ,如果node 状态不等于CONDITION，一定是被取消了
if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
return false;
//2,加入到同步队列中，返回的p是node的pre
Node p = enq(node);
int ws = p.waitStatus;
//3,如果前置节点被取消，或者更新p的 ws =-1 失败，直接唤醒线程，否则等待前置节点唤醒自己
if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
//唤醒线程
LockSupport.unpark(node.thread);
return true;
}
3、总结
1、Condition提供的阻塞通知机制与Object类两者对比：
- 方法不同，Condition提供方法有 await(), signal(),signalAll(), Object类提供的是wait(),notify() , notifyAll()
- 配合使用对象不同，Condition条件需要和Lock配合使用，Object类需和Synchronized关键字配合。
- 多条件， Condition可实现多个条件，即创建多个Condition对象，可以每个Condition对象对应一种条件，从而有选择的实现唤醒通知，Object类的要唤醒一个阻塞线程，只能在一个条件队列中，唤醒是随机的，没有Condition使用灵活。
2、注意区别Condition条件队列与同步队列两者的区别，2个队列中线程等待条件不同
道阻且长，且歌且行！
每天一小步，踏踏实实走好脚下的路，文章为自己学习总结，不复制黏贴，就是想让自己的知识沉淀一下，也希望与更多的人交流，如有错误，请批评指正！
