Condition实现原理
Condition 简介
上面已经介绍了AQS所提供的核心功能，当然它还有很多其他的特性，这里我们来继续说下Condition这个组件。
Condition是在java 1.5中才出现的，它用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协作，相比使用Object的wait()、notify()，使用Condition中的await()、signal()这种方式实现线程间协作更加安全和高效。因此通常来说比较推荐使用Condition
其中AbstractQueueSynchronizer中实现了Condition中的方法，主要对外提供awaite(Object.wait())和signal(Object.notify())调用。
Condition Demo示例
使用示例代码：
/** * ReentrantLock 实现源码学习 * @author 一枝花算不算浪漫 * @date 2020/4/28 7:20 */ public class ReentrantLockDemo { static ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); public static void main(String[] args) { Condition condition = lock.newCondition(); new Thread(() -> { lock.lock(); try { System.out.println("线程一加锁成功"); System.out.println("线程一执行await被挂起"); condition.await(); System.out.println("线程一被唤醒成功"); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); System.out.println("线程一释放锁成功"); } }).start(); new Thread(() -> { lock.lock(); try { System.out.println("线程二加锁成功"); condition.signal(); System.out.println("线程二唤醒线程一"); } finally { lock.unlock(); System.out.println("线程二释放锁成功"); } }).start(); } }
执行结果如下图：
这里线程一先获取锁，然后使用await()方法挂起当前线程并释放锁，线程二获取锁后使用signal唤醒线程一。
Condition实现原理图解
我们还是用上面的demo作为实例，执行的流程如下：
线程一执行await()方法：
先看下具体的代码实现，#java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject.await()：
public final void await() throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); Node node = addConditionWaiter(); int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; while (!isOnSyncQueue(node)) { LockSupport.park(this); 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); }
await()方法中首先调用addConditionWaiter()将当前线程加入到Condition队列中。
执行完后我们可以看下Condition队列中的数据：
具体实现代码为：
private Node addConditionWaiter() { Node t = lastWaiter; if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) { unlinkCancelledWaiters(); t = lastWaiter; } Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION); if (t == null) firstWaiter = node; else t.nextWaiter = node; lastWaiter = node; return node; }
这里会用当前线程创建一个Node节点，waitStatus为CONDITION。接着会释放该节点的锁，调用之前解析过的release()方法，释放锁后此时会唤醒被挂起的线程二，线程二会继续尝试获取锁。
接着调用isOnSyncQueue()方法判断当前节点是否为Condition队列中的头部节点，如果是则调用LockSupport.park(this)挂起Condition中当前线程。此时线程一被挂起，线程二获取锁成功。
具体流程如下图：
线程二执行signal()方法：
首先我们考虑下线程二已经获取到锁，此时AQS等待队列中已经没有了数据。
接着就来看看线程二唤醒线程一的具体执行流程：
public final void signal() { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); Node first = firstWaiter; if (first != null) doSignal(first); }
先判断当前线程是否为获取锁的线程，如果不是则直接抛出异常。接着调用doSignal()方法来唤醒线程。
private void doSignal(Node first) { do { if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null) lastWaiter = null; first.nextWaiter = null; } while (!transferForSignal(first) && (first = firstWaiter) != null); } final boolean transferForSignal(Node node) { if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) return false; Node p = enq(node); int ws = p.waitStatus; if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL)) LockSupport.unpark(node.thread); return true; } /** * Inserts node into queue, initializing if necessary. See picture above. * @param node the node to insert * @return node's predecessor */ private Node enq(final Node node) { for (;;) { Node t = tail; if (t == null) { // Must initialize if (compareAndSetHead(new Node())) tail = head; } else { node.prev = t; if (compareAndSetTail(t, node)) { t.next = node; return t; } } } }
这里先从transferForSignal()方法来看，通过上面的分析我们知道Condition队列中只有线程一创建的一个Node节点，且waitStatue为CONDITION，先通过CAS修改当前节点waitStatus为0，然后执行enq()方法将当前线程加入到等待队列中，并返回当前线程的前置节点。
加入等待队列的代码在上面也已经分析过，此时等待队列中数据如下图：
接着开始通过CAS修改当前节点的前置节点waitStatus为SIGNAL，并且唤醒当前线程。此时AQS中等待队列数据为：
线程一被唤醒后，继续执行await()方法中的 while 循环。
public final void await() throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); Node node = addConditionWaiter(); int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; while (!isOnSyncQueue(node)) { LockSupport.park(this); 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); }
因为此时线程一的waitStatus已经被修改为0，所以执行isOnSyncQueue()方法会返回false。跳出while循环。
接着执行acquireQueued()方法，这里之前也有讲过，尝试重新获取锁，如果获取锁失败继续会被挂起。直到另外线程释放锁才被唤醒。
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); } }
此时线程一的流程都已经分析完了，等线程二释放锁后，线程一会继续重试获取锁，流程到此终结。
Condition总结
我们总结下 Condition 和 wait/notify 的比较：
- Condition 可以精准的对多个不同条件进行控制，wait/notify 只能和 synchronized 关键字一起使用，并且只能唤醒一个或者全部的等待队列；
- Condition 需要使用 Lock 进行控制，使用的时候要注意 lock() 后及时的 unlock()，Condition 有类似于 await 的机制，因此不会产生加锁方式而产生的死锁出现，同时底层实现的是 park/unpark 的机制，因此也不会产生先唤醒再挂起的死锁，一句话就是不会产生死锁，但是 wait/notify 会产生先唤醒再挂起的死锁。
总结
这里用了一步一图的方式结合三个线程依次加锁/释放锁来展示了ReentrantLock的实现方式和实现原理，而ReentrantLock底层就是基于AQS实现的，所以我们也对AQS有了深刻的理解。
另外还介绍了公平锁与非公平锁的实现原理，Condition的实现原理，基本上都是使用源码+绘图的讲解方式，尽量让大家更容易去理解。
