概述
想必大家都使用过wait()和notify()这两个方法把，这两个方法主要用于多线程间的协同处理，即控制线程之间的等待、通知、切换及唤醒。而RenentrantLock也支持这样条件变量的能力，而且相对于synchronized 更加强大，能够支持多个条件变量。
最好可以先阅读ReentrantLock系列文章：
ReentrantLock条件变量使用
ReentrantLock类API
Condition newCondition(): 创建条件变量对象
Condition类API
void await(): 当前线程从运行状态进入等待状态，同时释放锁，该方法可以被中断void awaitUninterruptibly()：当前线程从运行状态进入等待状态，该方法不能够被中断void signal(): 唤醒一个等待在 Condition 条件队列上的线程void signalAll(): 唤醒阻塞在条件队列上的所有线程
@Test public void testCondition() throws InterruptedException { ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); //创建新的条件变量 Condition condition = lock.newCondition(); Thread thread0 = new Thread(() -> { lock.lock(); try { System.out.println("线程0获取锁"); // sleep不会释放锁 Thread.sleep(500); //进入休息室等待 System.out.println("线程0释放锁，进入等待"); condition.await(); System.out.println("线程0被唤醒了"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } }); thread0.start(); //叫醒 Thread thread1 = new Thread(() -> { lock.lock(); try { System.out.println("线程1获取锁"); //唤醒 condition.signal(); System.out.println("线程1唤醒线程0"); } finally { lock.unlock(); System.out.println("线程1释放锁"); } }); thread1.start(); thread0.join(); thread1.join(); }
运行结果：
- condition的wait和notify必须在lock范围内
- 实现条件变量的等待和唤醒，他们必须是同一个condition。
- 线程1执行conidtion.notify()后，并没有释放锁，需要等释放锁后，线程0重新获取锁成功后，才能继续向下执行。
图解实现原理
await过程
- 线程0（Thread-0）一开始获取锁，exclusiveOwnerThread字段是Thread-0, 如下图中的深蓝色节点
- Thread-0调用await方法，Thread-0封装成Node进入ConditionObject的队列，因为此时只有一个节点，所有firstWaiter和lastWaiter都指向Thread-0，会释放锁资源，NofairSync中的state会变成0，同时exclusiveOwnerThread设置为null。如下图所示。
- 线程1（Thread-1）被唤醒，重新获取锁，如下图的深蓝色节点所示。
- Thread-0被park阻塞，如下图灰色节点所示：
源码如下：
- 下面是await()方法的整体流程，其中
LockSupport.park(this)进行阻塞当前线程，后续唤醒，也会在这个程序点恢复执行。
public final void await() throws InterruptedException { // 判断当前线程是否是中断状态，是就直接给个中断异常 if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); // 将调用 await 的线程包装成 Node，添加到条件队列并返回 Node node = addConditionWaiter(); // 完全释放节点持有的锁，因为其他线程唤醒当前线程的前提是【持有锁】 int savedState = fullyRelease(node); // 设置打断模式为没有被打断，状态码为 0 int interruptMode = 0; // 如果该节点还没有转移至 AQS 阻塞队列, park 阻塞，等待进入阻塞队列 while (!isOnSyncQueue(node)) { // 阻塞当前线程，待会 LockSupport.park(this); // 如果被打断，退出等待队列，对应的 node 【也会被迁移到阻塞队列】尾部，状态设置为 0 if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) break; } // 逻辑到这说明当前线程退出等待队列，进入【阻塞队列】 // 尝试枪锁，释放了多少锁就【重新获取多少锁】，获取锁成功判断打断模式 if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode = REINTERRUPT; // node 在条件队列时 如果被外部线程中断唤醒，会加入到阻塞队列，但是并未设 nextWaiter = null if (node.nextWaiter != null) // 清理条件队列内所有已取消的 Node unlinkCancelledWaiters(); // 条件成立说明挂起期间发生过中断 if (interruptMode != 0) // 应用打断模式 reportInterruptAfterWait(interruptMode); }
- 将线程封装成Node, 加入到ConditionObject队列尾部，此时节点的等待状态时-2。
private Node addConditionWaiter() { // 获取当前条件队列的尾节点的引用，保存到局部变量 t 中 Node t = lastWaiter; // 当前队列中不是空，并且节点的状态不是 CONDITION（-2），说明当前节点发生了中断 if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) { // 清理条件队列内所有已取消的 Node unlinkCancelledWaiters(); // 清理完成重新获取 尾节点 的引用 t = lastWaiter; } // 创建一个关联当前线程的新 node, 设置状态为 CONDITION(-2)，添加至队列尾部 Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION); if (t == null) firstWaiter = node; // 空队列直接放在队首【不用CAS因为执行线程是持锁线程，并发安全】 else t.nextWaiter = node; // 非空队列队尾追加 lastWaiter = node; // 更新队尾的引用 return node; }
- 清理条件队列中的cancel类型的节点，比如中断、超时等会导致节点转换为Cancel
// 清理条件队列内所有已取消（不是CONDITION）的 node，【链表删除的逻辑】 private void unlinkCancelledWaiters() { // 从头节点开始遍历【FIFO】 Node t = firstWaiter; // 指向正常的 CONDITION 节点 Node trail = null; // 等待队列不空 while (t != null) { // 获取当前节点的后继节点 Node next = t.nextWaiter; // 判断 t 节点是不是 CONDITION 节点，条件队列内不是 CONDITION 就不是正常的 if (t.waitStatus != Node.CONDITION) { // 不是正常节点，需要 t 与下一个节点断开 t.nextWaiter = null; // 条件成立说明遍历到的节点还未碰到过正常节点 if (trail == null) // 更新 firstWaiter 指针为下个节点 firstWaiter = next; else // 让上一个正常节点指向 当前取消节点的 下一个节点，【删除非正常的节点】 trail.nextWaiter = next; // t 是尾节点了，更新 lastWaiter 指向最后一个正常节点 if (next == null) lastWaiter = trail; } else { // trail 指向的是正常节点 trail = t; } // 把 t.next 赋值给 t，循环遍历 t = next; } }
- fullyRelease方法将r让Thread-0释放锁, 这个时候Thread-1就会去竞争锁
// 线程可能重入，需要将 state 全部释放 final int fullyRelease(Node node) { // 完全释放锁是否成功，false 代表成功 boolean failed = true; try { // 获取当前线程所持有的 state 值总数 int savedState = getState(); // release -> tryRelease 解锁重入锁 if (release(savedState)) { // 释放成功 failed = false; // 返回解锁的深度 return savedState; } else { // 解锁失败抛出异常 throw new IllegalMonitorStateException(); } } finally { // 没有释放成功，将当前 node 设置为取消状态 if (failed) node.waitStatus = Node.CANCELLED; } }
- 判断节点是否在AQS阻塞对列中，不在条件对列中
final boolean isOnSyncQueue(Node node) { // node 的状态是 CONDITION，signal 方法是先修改状态再迁移，所以前驱节点为空证明还【没有完成迁移】 if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null) return false; // 说明当前节点已经成功入队到阻塞队列，且当前节点后面已经有其它 node，因为条件队列的 next 指针为 null if (node.next != null) return true; // 说明【可能在阻塞队列，但是是尾节点】 // 从阻塞队列的尾节点开始向前【遍历查找 node】，如果查找到返回 true，查找不到返回 false return findNodeFromTail(node); }
signal过程
- Thread-1执行signal方法唤醒条件队列中的第一个节点，即Thread-0，条件队列置空
- Thread-0的节点的等待状态变更为0， 重新加入到AQS队列尾部。
- 后续就是Thread-1释放锁，其他线程重新抢锁。
源码如下：
- signal()方法是唤醒的入口方法
public final void signal() { // 判断调用 signal 方法的线程是否是独占锁持有线程 if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); // 获取条件队列中第一个 Node Node first = firstWaiter; // 不为空就将第该节点【迁移到阻塞队列】 if (first != null) doSignal(first); }
- 调用doSignal()方法唤醒节点
// 唤醒 - 【将没取消的第一个节点转移至 AQS 队列尾部】 private void doSignal(Node first) { do { // 成立说明当前节点的下一个节点是 null，当前节点是尾节点了，队列中只有当前一个节点了 if ((firstWaiter = first.nextWaiter) == null) lastWaiter = null; first.nextWaiter = null; // 将等待队列中的 Node 转移至 AQS 队列，不成功且还有节点则继续循环 } while (!transferForSignal(first) && (first = firstWaiter) != null); } // signalAll() 会调用这个函数，唤醒所有的节点 private void doSignalAll(Node first) { lastWaiter = firstWaiter = null; do { Node next = first.nextWaiter; first.nextWaiter = null; transferForSignal(first); first = next; // 唤醒所有的节点，都放到阻塞队列中 } while (first != null); }
- 调用transferForSignal()方法，先将节点的 waitStatus 改为 0，然后加入 AQS 阻塞队列尾部，将 Thread-3 的 waitStatus 改为 -1。
// 如果节点状态是取消, 返回 false 表示转移失败, 否则转移成功 final boolean transferForSignal(Node node) { // CAS 修改当前节点的状态，修改为 0，因为当前节点马上要迁移到阻塞队列了 // 如果状态已经不是 CONDITION, 说明线程被取消（await 释放全部锁失败）或者被中断（可打断 cancelAcquire） if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) // 返回函数调用处继续寻找下一个节点 return false; // 【先改状态，再进行迁移】 // 将当前 node 入阻塞队列，p 是当前节点在阻塞队列的【前驱节点】 Node p = enq(node); int ws = p.waitStatus; // 如果前驱节点被取消或者不能设置状态为 Node.SIGNAL，就 unpark 取消当前节点线程的阻塞状态, // 让 thread-0 线程竞争锁，重新同步状态 if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL)) LockSupport.unpark(node.thread); return true; }
总结
本文讲解了ReentrantLock中条件变量的使用和原理实现，希望对大家有帮助。
