面試必備：Java AQS Condition的實現分析[精品章節]

願我所遇之人，所歷之事，哪怕由於我有一點點變好，我就心滿意足了。

本文整理自《Java併發編程的藝術》第五章 做者：方騰飛 魏鵬 程曉明

AQS:AbstractQueuedSynchronizer

ConditionObject是同步器AQS的內部類，由於Condition的操做須要獲取相關聯的鎖，因此做爲同步器的內部類也較爲合理。每一個Condition對象都包含着一個隊列（如下稱爲等待隊列），該隊列是Condition對象實現等待/通知功能的關鍵。

下面將分析Condition的實現，主要包括：等待隊列、等待和通知，下面提到的Condition若是不加說明均指的是ConditionObject。

一、等待隊列

等待隊列是一個FIFO的隊列，在隊列中的每一個節點都包含了一個線程引用，該線程就是在Condition對象上等待的線程，若是一個線程調用了Condition.await()方法，那麼該線程將會釋放鎖、構形成節點加入等待隊列並進入等待狀態。事實上，節點的定義複用了同步器中節點的定義，也就是說，同步隊列和等待隊列中節點類型都是同步器的靜態內部類AbstractQueuedSynchronizer.Node。

一個Condition包含一個等待隊列，Condition擁有首節點（firstWaiter）和尾節點（lastWaiter）。當前線程調用Condition.await()方法，將會以當前線程構造節點，並將節點從尾部加入等待隊列，等待隊列的基本結構如圖5-9所示。

如圖所示，Condition擁有首尾節點的引用，而新增節點只須要將原有的尾節點nextWaiter指向它，而且更新尾節點便可。上述節點引用更新的過程並無使用CAS保證，緣由在於調用await()方法的線程一定是獲取了鎖的線程，也就是說該過程是由鎖來保證線程安全的。

在Object的監視器模型上，一個對象擁有一個同步隊列和等待隊列，而併發包中的Lock（更確切地說是同步器）擁有一個同步隊列和多個等待隊列 ，其對應關係如圖5-10所示。

二、等待

調用Condition的await()方法（或者以await開頭的方法），會使當前線程進入等待隊列並釋放鎖，同時線程狀態變爲等待狀態。當從await()方法返回時，當前線程必定獲取了Condition相關聯的鎖。

若是從隊列（同步隊列和等待隊列）的角度看await()方法，當調用await()方法時，至關於同步隊列的首節點（獲取了鎖的節點）移動到Condition的等待隊列中。

Condition的await()方法，以下所示：

public final void await() throws InterruptedException {
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        // 當前線程加入等待隊列
        Node node = addConditionWaiter();
        // 釋放同步狀態，也就是釋放鎖
        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);
    }
複製代碼

調用該方法的線程成功獲取了鎖的線程，也就是同步隊列中的首節點，該方法會將當前線程構形成節點並加入等待隊列中，而後釋放同步狀態，喚醒同步隊列中的後繼節點，而後當前線程會進入等待狀態。

當等待隊列中的節點被喚醒，則喚醒節點的線程開始嘗試獲取同步狀態。若是不是經過其餘線程調用Condition.signal()方法喚醒，而是對等待線程進行中斷，則會拋出InterruptedException。

若是從隊列的角度去看，當前線程加入Condition的等待隊列，該過程如圖5-11示。

如圖所示，同步隊列的首節點並不會直接加入等待隊列，而是經過addConditionWaiter()方法把當前線程構形成一個新的節點並將其加入等待隊列中。

三、通知

調用Condition的signal()方法，將會喚醒在等待隊列中等待時間最長的節點（首節點），在喚醒節點以前，會將節點移到同步隊列中。

Condition的signal()方法，如代碼清單5-23所示。

代碼清單5-23 ConditionObject的signal方法

public final void signal() {
        //isHeldExclusively() AQS 子類實現
        if (!isHeldExclusively())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        Node first = firstWaiter;
        if (first != null)
            doSignal(first);
    }
複製代碼

調用該方法的前置條件是當前線程必須獲取了鎖，能夠看到signal()方法進行了isHeldExclusively()檢查，也就是當前線程必須是獲取了鎖的線程。接着獲取等待隊列的首節點，將其移動到同步隊列並使用LockSupport喚醒節點中的線程。

節點從等待隊列移動到同步隊列的過程如圖5-12所示。

經過調用同步器的enq(Node node)方法，等待隊列中的頭節點線程安全地移動到同步隊列。當節點移動到同步隊列後，當前線程再使用LockSupport喚醒該節點的線程。

被喚醒後的線程，將從await()方法中的while循環中退出（isOnSyncQueue(Node node)方法返回true，節點已經在同步隊列中），進而調用同步器的acquireQueued()方法加入到獲取同步狀態的競爭中。

成功獲取同步狀態（或者說鎖）以後，被喚醒的線程將從先前調用的await()方法返回，此時該線程已經成功地獲取了鎖。

Condition的signalAll()方法，至關於對等待隊列中的每一個節點均執行一次signal()方法，效果就是將等待隊列中全部節點所有移動到同步隊列中，並喚醒每一個節點的線程。

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