Java并发之Condition
一、Condition的概念
介绍
回忆 synchronized 关键字，它配合 Object 的 wait()、notify() 系列方法可以实现等待/通知模式。
对于 Lock，通过 Condition 也可以实现等待/通知模式。
Condition 是一个接口。
Condition 接口的实现类是 Lock（AQS）中的 ConditionObject。
Lock 接口中有个 newCondition() 方法，通过这个方法可以获得 Condition 对象（其实就是 ConditionObject）。
因此，通过 Lock 对象可以获得 Condition 对象。
|
1
2
3
|
Lock lock = new ReentrantLock();Condition c1 = lock.newCondition();Condition c2 = lock.newCondition(); |
二、Condition的实现分析
实现
ConditionObject 类是 AQS 的内部类，实现了 Condition 接口。
|
1
2
3
4
|
public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable { private transient Node firstWaiter; private transient Node lastWaiter; ... |
可以看到，等待队列和同步队列一样，使用的都是同步器 AQS 中的节点类 Node。
同样拥有首节点和尾节点，
每个 Condition 对象都包含着一个 FIFO 队列。
结构图：
等待
调用 Condition 的 await() 方法会使线程进入等待队列，并释放锁，线程状态变为等待状态。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
|
public final void await() throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); Node node = addConditionWaiter(); //释放同步状态（锁） int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; //判断节点是否放入同步对列 while (!isOnSyncQueue(node)) { //阻塞 LockSupport.park(this); //如果已经中断了，则退出 if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) break; } if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode = REINTERRUPT; if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled unlinkCancelledWaiters(); if (interruptMode != 0) reportInterruptAfterWait(interruptMode);} |
分析上述方法的大概过程：
- 将当前线程创建为节点，加入等待队列；
- 释放锁，唤醒同步队列中的后继节点；
- while循环判断节点是否放入同步队列：
- 没有放入，则阻塞，继续 while 循环（如果已经中断了，则退出）
- 放入，则退出 while 循环，执行后面的判断
- 退出 while 说明节点已经在同步队列中，调用 acquireQueued() 方法加入同步状态竞争。
- 竞争到锁后从 await() 方法返回，即退出该方法。
addConditionWaiter() 方法：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
|
private Node addConditionWaiter() { Node t = lastWaiter; if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) { //清除条件队列中所有状态不为Condition的节点 unlinkCancelledWaiters(); t = lastWaiter; } //将该线程创建节点，放入等待队列 Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION); if (t == null) firstWaiter = node; else t.nextWaiter = node; lastWaiter = node; return node;} |
过程分析：同步队列的首节点移动到等待队列。加入尾节点之前会清除所有状态不为 Condition 的节点。
通知
调用 Condition 的 signal() 方法，可以唤醒等待队列的首节点（等待时间最长），唤醒之前会将该节点移动到同步队列中。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
|
public final void signal() { //判断是否获取了锁 if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); Node first = firstWaiter; if (first != null) doSignal(first);} |
过程：
- 先判断当前线程是否获取了锁；
- 然后对首节点调用 doSignal() 方法。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
|
private void doSignal(Node first) { do { if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null) lastWaiter = null; first.nextWaiter = null; } while (!transferForSignal(first) && (first = firstWaiter) != null);} |
过程：
- 修改首节点；
- 调用 transferForSignal() 方法将节点移动到同步队列。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
|
final boolean transferForSignal(Node node) { //将节点状态变为0 if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) return false; //将该节点加入同步队列 Node p = enq(node); int ws = p.waitStatus; //如果结点p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;} |
调用同步器的 enq 方法，将节点移动到同步队列，
满足条件后使用 LockSupport 唤醒该线程。
当 Condition 调用 signalAll() 方法：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
|
public final void signalAll() { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); Node first = firstWaiter; if (first != null) doSignalAll(first);}private void doSignalAll(Node first) { lastWaiter = firstWaiter = null; do { Node next = first.nextWaiter; first.nextWaiter = null; transferForSignal(first); first = next; } while (first != null);} |
可以看到 doSignalAll() 方法使用了 do-while 循环来唤醒每一个等待队列中的节点，直到 first 为 null 时，停止循环。
一句话总结 signalAll() 的作用：将等待队列中的全部节点移动到同步队列中，并唤醒每个节点的线程。
总结
整个过程可以分为三步：
第一步：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，并释放锁。然后就在 await() 中的一个 while 循环中判断节点是否已经在同步队列，是则尝试获取锁，否则一直阻塞。
第二步：当线程调用 signal() 方法后，程序首先检查当前线程是否获取了锁，然后通过 doSignal(Node first) 方法将节点移动到同步队列，并唤醒节点中的线程。
第三步：被唤醒的线程，将从 await() 中的 while 循环中退出来，然后调用 acquireQueued() 方法竞争同步状态。竞争成功则退出 await() 方法，继续执行。
