面试必备：Java AQS Condition的实现分析[精品章节]

愿我所遇之人，所历之事，哪怕由于我有一点点变好，我就心满意足了。

本文整理自《Java并发编程的艺术》第五章 做者：方腾飞 魏鹏 程晓明

AQS:AbstractQueuedSynchronizer

ConditionObject是同步器AQS的内部类，由于Condition的操做须要获取相关联的锁，因此做为同步器的内部类也较为合理。每一个Condition对象都包含着一个队列（如下称为等待队列），该队列是Condition对象实现等待/通知功能的关键。

下面将分析Condition的实现，主要包括：等待队列、等待和通知，下面提到的Condition若是不加说明均指的是ConditionObject。

一、等待队列

等待队列是一个FIFO的队列，在队列中的每一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，若是一个线程调用了Condition.await()方法，那么该线程将会释放锁、构形成节点加入等待队列并进入等待状态。事实上，节点的定义复用了同步器中节点的定义，也就是说，同步队列和等待队列中节点类型都是同步器的静态内部类AbstractQueuedSynchronizer.Node。

一个Condition包含一个等待队列，Condition拥有首节点（firstWaiter）和尾节点（lastWaiter）。当前线程调用Condition.await()方法，将会以当前线程构造节点，并将节点从尾部加入等待队列，等待队列的基本结构如图5-9所示。

如图所示，Condition拥有首尾节点的引用，而新增节点只须要将原有的尾节点nextWaiter指向它，而且更新尾节点便可。上述节点引用更新的过程并无使用CAS保证，缘由在于调用await()方法的线程一定是获取了锁的线程，也就是说该过程是由锁来保证线程安全的。

在Object的监视器模型上，一个对象拥有一个同步队列和等待队列，而并发包中的Lock（更确切地说是同步器）拥有一个同步队列和多个等待队列 ，其对应关系如图5-10所示。

二、等待

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，当前线程必定获取了Condition相关联的锁。

若是从队列（同步队列和等待队列）的角度看await()方法，当调用await()方法时，至关于同步队列的首节点（获取了锁的节点）移动到Condition的等待队列中。

Condition的await()方法，以下所示：

public final void await() throws InterruptedException {
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        // 当前线程加入等待队列
        Node node = addConditionWaiter();
        // 释放同步状态，也就是释放锁
        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)
            unlinkCancelledWaiters();
        if (interruptMode != 0)
            reportInterruptAfterWait(interruptMode);
    }
复制代码

调用该方法的线程成功获取了锁的线程，也就是同步队列中的首节点，该方法会将当前线程构形成节点并加入等待队列中，而后释放同步状态，唤醒同步队列中的后继节点，而后当前线程会进入等待状态。

当等待队列中的节点被唤醒，则唤醒节点的线程开始尝试获取同步状态。若是不是经过其余线程调用Condition.signal()方法唤醒，而是对等待线程进行中断，则会抛出InterruptedException。

若是从队列的角度去看，当前线程加入Condition的等待队列，该过程如图5-11示。

如图所示，同步队列的首节点并不会直接加入等待队列，而是经过addConditionWaiter()方法把当前线程构形成一个新的节点并将其加入等待队列中。

三、通知

调用Condition的signal()方法，将会唤醒在等待队列中等待时间最长的节点（首节点），在唤醒节点以前，会将节点移到同步队列中。

Condition的signal()方法，如代码清单5-23所示。

代码清单5-23 ConditionObject的signal方法

public final void signal() {
        //isHeldExclusively() AQS 子类实现
        if (!isHeldExclusively())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        Node first = firstWaiter;
        if (first != null)
            doSignal(first);
    }
复制代码

调用该方法的前置条件是当前线程必须获取了锁，能够看到signal()方法进行了isHeldExclusively()检查，也就是当前线程必须是获取了锁的线程。接着获取等待队列的首节点，将其移动到同步队列并使用LockSupport唤醒节点中的线程。

节点从等待队列移动到同步队列的过程如图5-12所示。

经过调用同步器的enq(Node node)方法，等待队列中的头节点线程安全地移动到同步队列。当节点移动到同步队列后，当前线程再使用LockSupport唤醒该节点的线程。

被唤醒后的线程，将从await()方法中的while循环中退出（isOnSyncQueue(Node node)方法返回true，节点已经在同步队列中），进而调用同步器的acquireQueued()方法加入到获取同步状态的竞争中。

成功获取同步状态（或者说锁）以后，被唤醒的线程将从先前调用的await()方法返回，此时该线程已经成功地获取了锁。

Condition的signalAll()方法，至关于对等待队列中的每一个节点均执行一次signal()方法，效果就是将等待队列中全部节点所有移动到同步队列中，并唤醒每一个节点的线程。

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