Java并发编程之Condition

什么是Condition

Condition出现于java 1.5，主要用于实现线程间通信，用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协作。与原来的方法相比，Condition提供的await()、signal()更为安全和高效，下面我们一起来走进Condition的学习吧。

注意点：

Condition实际上是一个接口，基本方法为await()方法和signal()方法Condition依赖于Lock接口，生成一个Condition的基本代码是lock.newCondition()；调用Condition的await()和signal()方法，都必须在lock保护之内，就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用

对Condition的源码分析

实际上，每个Condition对象都维护一个等待队列（单向队列）。等待队列是一个FIFO的队列，在队列中的每个节点都包含了一个线程引用，该线程就是在Condition对象上等待的线程。如果一个线程调用了Condition.await()方法，那么该线程将会释放锁，构造节点并加入等待队列。AQS有一个同步队列和多个等待队列，节点都是Node。

每个Condition对象中保存了firstWaiter和lastWaiter作为队列首节点和尾节点，每个节点使用Node.nextWaiter保存下一个节点的引用。

Condition.await()

public final void await() throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); Node node = addConditionWaiter(); //构造一个新的等待队列Node加入到队尾 int savedState = fullyRelease(node); //释放当前线程的独占锁，不管重入几次，都把state释放为0 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)) { LockSupport.park(this); //区分两种中断：是在被signal前中断还是在被signal后中断，如果是被signal前就被中断则抛出 InterruptedException，否则执行 Thread.currentThread().interrupt(); if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) //被中断则直接退出自旋 break; } //退出了上面自旋说明当前节点已经在同步队列上，但是当前节点不一定在同步队列队首。acquireQueued将阻塞直到当前节点成为队首，即当前线程获得了锁。然后await()方法就可以退出了，让线程继续执行await()后的代码。 if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode = REINTERRUPT; if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled unlinkCancelledWaiters(); if (interruptMode != 0) reportInterruptAfterWait(interruptMode); }

我们先来看看fullyRelease方法的实现，其功能为释放当前线程的独占锁

final int fullyRelease(Node node) { boolean failed = true; try { int savedState = getState(); if (release(savedState)) { failed = false; return savedState; } else { throw new IllegalMonitorStateException(); } } finally { if (failed) node.waitStatus = Node.CANCELLED; } }

判断该节点是否在同步队列上

final boolean isOnSyncQueue(Node node) { //如果当前节点状态是CONDITION或node.prev是null，则证明当前节点在等待队列上而不是同步队列上。之所以可以用node.prev来判断，是因为一个节点如果要加入同步队列，在加入前就会设置好prev字段。 if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null) return false; //如果node.next不为null，则一定在同步队列上，因为node.next是在节点加入同步队列后设置的 if (node.next != null) // If has successor, it must be on queue return true; return findNodeFromTail(node); //前面的两个判断没有返回的话，就从同步队列队尾遍历一个一个看是不是当前节点。 } private boolean findNodeFromTail(Node node) { Node t = tail; for (;;) { if (t == node) return true; if (t == null) return false; t = t.prev; } }

我们再来看一下acquireQueued方法的实现

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { boolean failed = true; try { boolean interrupted = false; for (;;) { final Node p = node.predecessor(); if (p == head && tryAcquire(arg)) { setHead(node); p.next = null; // help GC failed = false; return interrupted; } if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { if (failed) cancelAcquire(node); } }

await方法总结

构造一个新的等待队列节点加入到等待队列队尾释放锁，也就是将它的同步队列节点从同步队列队首移除自旋，直到它在等待队列上的节点移动到了同步队列（通过其他线程调用signal()）或被中断阻塞当前节点，直到它获取到了锁，也就是它在同步队列上的节点排队排到了队首

Condition.signal()

public final void signal() { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); //如果同步状态不是被当前线程独占，直接抛出异常。从这里也能看出来，Condition只能配合独占类同步组件使用。 Node first = firstWaiter; if (first != null) doSignal(first); //通知等待队列队首的节点。 }

doSignal用于实现通知等待队列队首的节点

private void doSignal(Node first) { do { if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null) lastWaiter = null; first.nextWaiter = null; } while (!transferForSignal(first) && //transferForSignal方法尝试唤醒当前节点，如果唤醒失败，则继续尝试唤醒当前节点的后继节点。 (first = firstWaiter) != null); }

signal方法总结

从等待队列的队首开始，尝试对队首节点执行唤醒操作；如果节点CANCELLED，就尝试唤醒下一个节点；如果再CANCELLED则继续迭代。对每个节点执行唤醒操作时，首先将节点加入同步队列，此时await()操作的步骤3的解锁条件就已经开启了。然后分两种情况讨论： 1 如果先驱节点的状态为CANCELLED(>0)或设置先驱节点的状态为SIGNAL失败，那么就立即唤醒当前节点对应的线程，此时await()方法就会完成步骤3，进入步骤4 2 如果成功把先驱节点的状态设置为了SIGNAL，那么就不立即唤醒了。等到先驱节点成为同步队列首节点并释放了同步状态后，会自动唤醒当前节点对应线程的，这时候await()的步骤3才执行完成，而且有很大概率快速完成步骤4

Condition的本质

Condition的本质就是等待队列和同步队列的交互

转载至：Java并发编程原理与实战二十三：Condition原理分析