【并发基础】Condition详解

本文主要是介绍【并发基础】Condition详解，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

简介

Condition通过Lock接口的newCondition方法创建，因此需要在获取到锁之后，才能调用Condition的等待/通知方法，这一点与Object的监视器方法类似。

另一点与Object.wait相似的是，Condition.await方法也会自动释放相关联的锁，并将当前线程挂起。

接口详解

await()

调用await()方法后，Condition相关联的锁会自动释放，当前线程会被挂起并进入休眠状态，该方法会响应中断，以下4种场景可以唤醒线程：

• 其他线程调用该Condition的notify方法，同时当前线程被系统选为唤醒的线程；
• 其他线程调用该Condition的notifyAll方法；
• 其他线程中断当前线程，同时系统支持休眠线程的中断操作；
• 发生虚假唤醒 (spurious wakeup)

awaitUninterruptibly()

调用awaitUninterruptibly()方法后，Condition相关联的锁会自动释放，当前线程会被挂起并进入休眠状态，该方法不响应中断，以下3种场景可以唤醒线程：

• 其他线程调用该Condition的notify方法，同时当前线程被系统选为唤醒的线程；
• 其他线程调用该Condition的notifyAll方法；
• 发生虚假唤醒 (spurious wakeup)

awaitNanos(long nanosTimeout)、await(long time, TimeUnit unit)、awaitUntil(Date deadline)

调用该方法后，当前线程进入等待状态，直到被唤醒、中断或者超时，并且Condition相关联的锁会自动释放。
以下5种场景可以唤醒线程：

• 其他线程调用该Condition的notify方法，同时当前线程被系统选为唤醒的线程；
• 其他线程调用该Condition的notifyAll方法；
• 其他线程中断当前线程，同时支持休眠线程的中断操作；
• 等待超时；
• 发生虚假唤醒 (spurious wakeup)

signal()

调用signal()之后，系统会挑选一个调用过await方法的线程进行唤醒，唤醒的线程需要重新尝试获取锁，才能继续往下执行。

调用signal()方法的线程需要获取到Condition相关联的锁，否则会抛出IllegalMonitorStateException异常。

signalAll()

调用signalAll()方法后，会唤醒所有等待的线程，但是每个线程想要往下执行需要重新获取锁，否则会处于阻塞状态。

ConditionObject实现

ConditionObject是Condition接口的实现类，是AbstractQueuedSynchronizer(即AQS)的一个内部类。ReentrantLock的newCondition方法创建的就是ConditionObject实例，因此我们着重研究下其实现。

数据结构

//等待队列的头结点
private transient Node firstWaiter;
//等待队列的尾结点
private transient Node lastWaiter;
//
private static final int REINTERRUPT =  1;
//
private static final int THROW_IE    = -1;

等待队列是单向链表，指针是nexiWiater，同时具有头尾指针。Node结点的数据结构参见之前的《AQS详解》。

方法详解

await()

await方法会将当前线程结点添加到等待队列中，并释放当前线程获取到的锁，并且阻塞当前线程，当被其他线程唤醒时，当前线程需要重新获取到锁才能继续执行。

public final void await() throws InterruptedException {if (Thread.interrupted())throw new InterruptedException();//添加到等待队列Node node = addConditionWaiter();//释放当前线程获取的资源int savedState = fullyRelease(node);int interruptMode = 0;/*** 此处的逻辑为：* 第一次循环时，由于结点的waitStatus为CONDITION，因此会进入到while内部代码中，使用LockSupport.park使线程阻塞。* 要唤醒线程，基本有两种方式：一种是使用signal()或signalAll()方法唤醒；另一种则是发生中断。*///判断当前结点是否在同步队列中，当使用signal或signalAll唤醒、或者发生中断，结点都会进入同步队列中，才会跳过while循环，执行后续代码while (!isOnSyncQueue(node)) {//阻塞当前线程LockSupport.park(this);//awit方法响应中断，此处判断线程等待过程中是否被中断if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)break;}//唤醒之后，重新尝试获取锁if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)interruptMode = REINTERRUPT;if (node.nextWaiter != null) unlinkCancelledWaiters();if (interruptMode != 0)reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}/*** 检查中断： * 未中断返回0 * 被唤醒前中断返回 THROW_IE * 被唤醒后中断返回 REINTERRUPT*/
private int checkInterruptWhileWaiting(Node node) {return Thread.interrupted() ?(transferAfterCancelledWait(node) ? THROW_IE : REINTERRUPT) : 0;
}/*** 尝试将节点状态从CONDITION状态置为0* 如果设置成功，证明没有调用sign或signAll方法，线程唤醒是因为发生中断，因此将结点加入同步队列，并返回true。* 如果设置不成功，则时通过sign或signAll唤醒，返回false*/
final boolean transferAfterCancelledWait(Node node) {//将节点状态从CONDITION状态置为0，设置成功加入同步队列中if (compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) {enq(node);return true;}while (!isOnSyncQueue(node))Thread.yield();return false;
}/*** 如果interruptMode为THROW_IE，即在sign之前发送中断，则抛出InterruptedException。* 如果interruptMode为REINTERRUPT，即在sign之后发生中断，则调用interrupt方法，将中断补上。*/
private void reportInterruptAfterWait(int interruptMode) throws InterruptedException {if (interruptMode == THROW_IE)throw new InterruptedException();else if (interruptMode == REINTERRUPT)selfInterrupt();
}

addConditionWaiter()

addConditionWaiter方法将线程结点添加到等待队列的队尾。

private Node addConditionWaiter() {Node t = lastWaiter;// If lastWaiter is cancelled, clean out.if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {//将等待队列中等待状态不等于CONDITION的结点从队列中剔除unlinkCancelledWaiters();t = lastWaiter;}Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);if (t == null)firstWaiter = node;elset.nextWaiter = node;lastWaiter = node;return node;
}

isOnSyncQueue(Node)

isOnSyncQueue方法主要用于判断当前结点是否在同步队列中

final boolean isOnSyncQueue(Node node) {if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null)return false;// If has successor, it must be on queueif (node.next != null) return true;return findNodeFromTail(node);
}private boolean findNodeFromTail(Node node) {Node t = tail;for (;;) {if (t == node)return true;if (t == null)return false;t = t.prev;}
}

unlinkCancelledWaiters()

unlinkCancelledWaiters方法主要将等待队列中等待状态不等于CONDITION的结点从队列中剔除。

private void unlinkCancelledWaiters() {//头结点Node t = firstWaiter;Node trail = null;while (t != null) {Node next = t.nextWaiter;if (t.waitStatus != Node.CONDITION) {t.nextWaiter = null;if (trail == null)firstWaiter = next;elsetrail.nextWaiter = next;if (next == null)lastWaiter = trail;}elsetrail = t;t = next;}
}

fullyRelease(Node)

fullyRelease方法释放当前线程结点的资源，因为ReentrantLock只有一个资源，因此ReentrantLock创建的Condition的await方法相当于释放锁。

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;}
}

signal()

signal方法只唤醒等待队列的头结点，并将头结点出队列，加到同步队列队尾。
signal方法需要获取锁才能调用，否则抛出IllegalMonitorStateException异常。

public final void signal() {//该方法由子类实现，例如ReentrantLockif (!isHeldExclusively())throw new IllegalMonitorStateException();//只唤醒等待队列的头结点Node first = firstWaiter;if (first != null)doSignal(first);
}

doSignal(Node)

private void doSignal(Node first) {do {if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)lastWaiter = null;//头结点出condition队列  first.nextWaiter = null;} while (!transferForSignal(first) && (first = firstWaiter) != null);
}final boolean transferForSignal(Node node) {//将结点状态重置为0if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))return false;//将当前结点加入同步队列Node p = enq(node);int ws = p.waitStatus;if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))LockSupport.unpark(node.thread);return true;
}

signalAll()

signalAll方法会清空condition队列，并将condition队列中所有的结点都加入到同步队列中。
signalAll方法需要获取锁才能调用，否则抛出IllegalMonitorStateException异常。

public final void signalAll() {if (!isHeldExclusively())throw new IllegalMonitorStateException();Node first = firstWaiter;if (first != null)doSignalAll(first);
}

doSignalAll(Node)

private void doSignalAll(Node first) {lastWaiter = firstWaiter = null;do {Node next = first.nextWaiter;first.nextWaiter = null;transferForSignal(first);first = next;} while (first != null);
}

这篇关于【并发基础】Condition详解的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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