Java并发编程7–并发工具之Condition

更多内容请看：Java并发编程学习笔记

线程这块的一些工具类，基本都会以原理为主，通过分析别人代码的设计和实现，给自己提供积累一些方法和工具。

Condition

在前面学习 synchronized 的时候，有讲到 wait/notify 的基本使用，结合 synchronized 可以实现对线程的通信。既然 J.U.C 里面提供了锁的实现机制，那 J.U.C 里面有没有提供类似的线程通信的工具呢？于是发现了一个 Condition 工具类。

Condition 是一个多线程协调通信的工具类，可以让某些线程一起等待某个条件（condition），只有满足条件时，线程才会被唤醒。

Condition 的基本使用

ConditionWait

public class ConditionDemoWait implements Runnable {
		private Lock lock;
		private Condition condition;

		public ConditionDemoWait(Lock lock, Condition condition) {
			this.lock = lock;
			this.condition = condition;
		}
		@Override
		public void run() {
			System.out.println("begin -ConditionDemoWait");
			try {
				lock.lock();
				condition.await();
				System.out.println("end -ConditionDemoWait");
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			} finally {
				lock.unlock();
			}
		}
	}

ConditionSignal

public class ConditionDemoSignal implements Runnable {
		private Lock lock;
		private Condition condition;

		public ConditionDemoSignal(Lock lock, Condition condition) {
			this.lock = lock;
			this.condition = condition;
		}
		@Override
		public void run() {
			System.out.println("begin -ConditionDemoSignal");
			try {
				lock.lock();
				condition.signal();
				System.out.println("end -ConditionDemoSignal");
			} finally {
				lock.unlock();
			}
		}
	}

通过这个案例简单实现了 wait 和 notify 的功能，当调用await 方法后，当前线程会释放锁并等待，而其他线程调用condition 对象的 signal 或者 signalall 方法通知并被阻塞的线程，然后自己执行 unlock 释放锁，被唤醒的线程获得之前的锁继续执行，最后释放锁。

所以，condition 中两个最重要的方法，一个是 await，一个是 signal 方法
await:把当前线程阻塞挂起
signal:唤醒阻塞的线程

Condition 源码分析

调用 Condition，需要获得 Lock 锁，所以意味着会存在一个 AQS 同步队列，在上面那个案例中，假如两个线程同时运行的话，那么 AQS 的队列可能是下面这种情况：

那么这个时候 ThreadA 调用了 condition.await 方法，它做了什么事情呢？

condition.await

调用 Condition 的 await()方法（或者以 await 开头的方法），会使当前线程进入等待队列并释放锁，同时线程状态变为等待状态。当从 await()方法返回时，当前线程一定获取了Condition 相关联的锁。

public final void await() throws InterruptedException {
      if (Thread.interrupted()) // 表示await允许被中断
          throw new InterruptedException();
      // 创建一个新的节点，节点状态为condition，采用的数据结构依然是链表
      Node node = addConditionWaiter();
	  // 释放当前锁，得到锁的状态并唤醒AQS队列中的一个线程
      int savedState = fullyRelease(node);
      int interruptMode = 0;
      // 如果当前节点没有在同步队列上，即还没有被signal,则将当前线程阻塞
      while (!isOnSyncQueue(node)) {// 第一次判断为false,因为线程已经释放了，所以肯定不在同步队了
          LockSupport.park(this);// 通过park操作挂起当前线程
          if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
              break;
      }
      // 当线程被唤醒后，会尝试来获取锁，如果acquireQueued返回false就表示拿到锁了。
      // interruptMode !=THROW_IE 表示这个线程没有成功将node入队，但signal执行了enq方法让其入队了
      //  将这个变量设置成 REINTERRUPT
      if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
          interruptMode = REINTERRUPT;
          // 如果 node 的下一个等待者不是 null, 则进行清理,清理 Condition 队列上的节点
      if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
          unlinkCancelledWaiters();
      if (interruptMode != 0)
          reportInterruptAfterWait(interruptMode);
  }

addConditionWaiter()
这个方法的主要作用是把当前线程封装成 Node，添加到等待队列。 这里的队列不再是双向链表，而是单向链表;

private Node addConditionWaiter() {
	Node t = lastWaiter;
	// If lastWaiter is cancelled, clean out.
	// 如果 lastWaiter不等于空并且waitStatus 不等于CONDITION时，把这个节点从链表中移除
	if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
	    unlinkCancelledWaiters();
	    t = lastWaiter;
	}
	//构建一个Node，waitStatus=CONDITION这里的链表是一个单向的，所以相比AQS来说会简单很多
	Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
	if (t == null)
	    firstWaiter = node;
	else
	    t.nextWaiter = node;
	lastWaiter = node;
	return node;
}

执行完 addConditionWaiter 这个方法之后，就会产生一个这样的 condition 队列：
也就是释放锁了ThreadA会加入到这个队列；

fullyRelease

fullRelease，就是彻底的释放锁，什么叫彻底呢，就是如果当前锁存在多次重入，那么在这个方法中只需要释放一次就会把所有的重入次数归零；

final int fullyRelease(Node node) {
    boolean failed = true;
    try {
        int savedState = getState();  // 获取到重复次数
        if (release(savedState)) {   // 释放锁并且唤醒下一个同步队列中的线程
            failed = false;
            return savedState;
        } else {
            throw new IllegalMonitorStateException();
        }
    } finally {
        if (failed)
            node.waitStatus = Node.CANCELLED;
    }
}

图解分析

此时，同步队列会触发锁的释放和重新竞争。 ThreadB 获得了锁。

condition.signal

await 方法会阻塞 ThreadA，然后 ThreadB 抢占到了锁获得了执行权限，这个时候在 ThreadB 中调用了 Condition的 signal()方法，将会唤醒在等待队列中节点。

Condition.signal

public final void signal() {
		// 先判断当前线程是否获得了锁，如果没有获得是没有释放这一说的，直接抛异常
		if (!isHeldExclusively())
			throw new IllegalMonitorStateException();
		// 获取到condition队列上的第一个节点
		Node first = firstWaiter;
		if (first != null)
			doSignal(first);
	}
	/**
	 * 对 condition 队列中从首部开始的第一个 condition 状态的节点， 执行 transferForSignal 操作，将 node
	 * 从 condition队列中转换到 AQS 队列中， 同时修改 AQS 队列中原先尾节点的状态
	 */
	private void doSignal(Node first) {
		do {
			//从 Condition 队列中删除 first 节点
			if ((firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
				lastWaiter = null; // 将next节点设置为null
			first.nextWaiter = null;
		} while (!transferForSignal(first) && (first = firstWaiter) != null);
	}

AQS.transferForSignal
该方法先是 CAS 修改了节点状态，如果成功，就将这个节点放到 AQS 队列中，然后唤醒这个节点上的线程。此时，
那个节点就会在 await 方法中苏醒

图解分析
执行完 doSignal 以后，会把 condition 队列中的节点转移到 aqs 队列上， 逻辑结构图如下这个时候会判断 ThreadA 的 prev 节点也就是 head 节点的 waitStatus， 如果大于 0 或者设置 SIGNAL 失败，表示节点被设置成了 CANCELLED 状态。 这个时候会唤醒ThreadA 这个线程。 否则就基于 AQS 队列的机制来唤醒，也就是等到 ThreadB 释放锁之后来唤醒 ThreadA。

Condition 总结

await 和 signal 的总结
前面的整个分解的图再通过一张整体的结构图来表述，线程 awaitThread 先通过 lock.lock()方法获取锁成功后调用了 condition.await 方法进入等待队列，而另一个线程 signalThread 通过 lock.lock()方法获取锁成功后调用了condition.signal 或者 signalAll 方法，使得线程awaitThread 能够有机会移入到同步队列中，当其他线程释放 lock 后使得线程 awaitThread 能够有机会获取lock，从而使得线程 awaitThread 能够从 await 方法中退出执行后续操作。如果 awaitThread 获取 lock 失败会直接进入到同步队列。

• 阻塞：await()方法中，在线程释放锁资源之后，如果节点不在 AQS 等待队列，则阻塞当前线程，如果在等待队
  列，则自旋等待尝试获取锁
• 释放：signal()后，节点会从 condition 队列移动到 AQS等待队列，则进入正常锁的获取流程

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