AQS分析Condition等待队列

AQS是AbstractQueneSynchronizer抽象类

封装了Node节点，Node是AQS的静态内部类，Node节点有两个有参构造方法Node(thread ， node){}创建双向链表AQS队列，Node( thread , int waitstatus){}创建的单向链表，等待队列
封装了ConditionObject，CoditionObject是AQS的内部类，实现了Condition接口
包含属性，head(AQS头节点)、tail（AQS尾节点）、state（）、exclusiveOwnableThread（父类属性）等等

Condition核心方法await();、signal();

使用生产者，消费者模型，对condition进行分析

生产者Producer

public class Producer  implements Runnable {
	private Queue<String> queue;
	private int maxSize;
	private Lock lock ;
	private Condition condition;
	public Producer(Queue<String> queue, int maxSize, Lock lock, Condition condition) {
		super();
		this.queue = queue;
		this.maxSize = maxSize;
		this.lock = lock;
		this.condition = condition;
	}
	@Override
	public void run() {
		int i = 0;
		while (true) {
			i++;
			lock.lock();
			while (queue.size()==maxSize) {
				System.out.println("消息已满，请消费消息....");
				try {
					condition.await();
				} catch (InterruptedException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}
			}
			try {
				Thread.currentThread().sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
			System.out.println("生产第"+i+"条消息");
			queue.add(i+"");
			condition.signal();
			lock.unlock();
		}
		
		
	}

消费者Consumer

public class Consumer  implements Runnable {
	private Queue<String> queue;
	private int maxSize;
	private Lock lock ;
	private Condition condition;
	public Consumer(Queue<String> queue, int maxSize, Lock lock, Condition condition) {
		super();
		this.queue = queue;
		this.maxSize = maxSize;
		this.lock = lock;
		this.condition = condition;
	}
	@Override
	public void run() {
		int i = 0;
		while (true) {
			i++;
			lock.lock();
			while (queue.isEmpty()) {
				System.out.println("消息已清空，等待生产消息");
				try {
					condition.await();
				} catch (InterruptedException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}
			}
			try {
				Thread.currentThread().sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
			System.out.println("消费第"+i+"条消息");
			queue.remove();
			condition.signal();
			lock.unlock();
		}
	}

}

线程启动

public static void main(String[] args) {
	Queue< String> queue= new LinkedList<String>();
	Lock lock = new  ReentrantLock();
	Condition condition = lock.newCondition();
	int maxSize = 6;
	Consumer consumer = new Consumer(queue, maxSize, lock, condition);
	Producer producer = new Producer(queue, maxSize, lock, condition);
	Thread pThread = new Thread(producer);
	Thread cThread = new Thread(consumer);
	pThread.start();
	cThread.start();	
}

消费者消费消息，队里无消息，满足条件，进入await()方法，使得当前线程释放所有资源，然后阻塞，查看源码

public final void await() throws InterruptedException {
            if (Thread.interrupted())
                throw new InterruptedException();
            Node node = addConditionWaiter();//返回Node单向链表节点，将当前线程加入等待队列
            int savedState = fullyRelease(node);//释放当前的锁，得到锁的状态，并唤醒 AQS 队列中的一个线程
            int interruptMode = 0;
            //如果当前节点没有在同步队列上，即还没有被 signal，则将当前线程阻塞
            while (!isOnSyncQueue(node)) {//判断这个节点是否在 AQS 队列上，第一次判断的是 false，因为前面已经释放锁了
                LockSupport.park(this);//通过 park 挂起当前线程
                if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
                    break;
            }
  			// 当这个线程醒来,会尝试拿锁, 当 acquireQueued 返回 false 就是拿到锁了.
 			// interruptMode != THROW_IE -> 表示这个线程没有成功将 node 入队,但 signal 执行了 enq 方法让其入队了.
			// 将这个变量设置成 REINTERRUPT.
            if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
                interruptMode = REINTERRUPT;
                // 如果 node 的下一个等待者不是 null, 则进行清理,清理 Condition 队列上的节点. 
				// 如果是 null ,就没有什么好清理的了.
            if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
                unlinkCancelledWaiters();
                // 如果线程被中断了,需要抛出异常.或者什么都不做
            if (interruptMode != 0)
                reportInterruptAfterWait(interruptMode);
        }

addConditionWaiter();//返回Node单向链表节点，将当前线程加入等待队列

private Node addConditionWaiter() {
            Node t = lastWaiter;
            // If lastWaiter is cancelled, clean out.
            // 如 果 lastWaiter 不 等 于 空 并 且waitStatus 不等于 CONDITION 时，把冲好这个节点从链表中移除
            if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
                unlinkCancelledWaiters();
                t = lastWaiter;
            }
            //构建一个 Node，waitStatus=CONDITION。这里的链表是一个单向的，所以相比 AQS 来说会简单很多
            Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
            if (t == null)
                firstWaiter = node;
            else
                t.nextWaiter = node;
            lastWaiter = node;
            return node;
        }

执行完 addConditionWaiter 这个方法之后，就会产生一个 condition 队列

fullRelease，释放锁，如果当前锁存在多次重入，那么在这个方法中只需要释放一次就会把所有的重入次数归零

final int fullyRelease(Node node) {
        boolean failed = true;
        try {
            int savedState = getState();//获得重入的次数
            if (release(savedState)) {//释放锁并且唤醒下一个同步队列中的线程
                failed = false;
                return savedState;
            } else {
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
        } finally {
            if (failed)
                node.waitStatus = Node.CANCELLED;
        }
    }

isOnSyncQueue(node)//判断这个节点是否在 AQS 队列上，第一次判断的是 false，因为前面已经释放锁了

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

正常情况下await（）做了这三个基本操作

首先创建Node节点，将当前线程封装到一个单向链表等待队列中

然后释放所有资源

最后阻塞处在等待队列中的当前线程，等待被唤醒

Consumer线程阻塞了，那么Producer可以抢占锁了，进入他的同步方法块，然后Producer调用了signal()方法，唤醒Consumer处于等待队列的线程，来看看源码是怎么实现的

public final void signal() {
           if (!isHeldExclusively())//先判断当前线程是否获得了锁，这个判断比较简单，直接用获得锁的线程和当前线程相比即可
               throw new IllegalMonitorStateException();
           Node first = firstWaiter;// 拿到 Condition 队列上第一个节点
           if (first != null)
               doSignal(first);
        }

Condition.doSignal

对 condition 队列中从首部开始的第一个 condition 状态的节点，执行 transferForSignal 操作，将 node 从 condition队列中转换到 AQS 队列中，同时修改 AQS 队列中原先尾节点的状态

private void doSignal(Node first) {
            do {
                if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
                    lastWaiter = null;// 将 next 节点设置成 null
                first.nextWaiter = null;
            } while (!transferForSignal(first) &&
                     (first = firstWaiter) != null);
        }

AQS.transferForSignal

该方法先是 CAS 修改了节点状态，如果成功，就将这个节点放到 AQS 队列中，然后唤醒这个节点上的线程。

final boolean transferForSignal(Node node) {
		//更新节点的状态为 0，如果更新失败，只有一种可能就是节点被 CANCELLED 了，如果是CANCELLED 节点直接返回false
        if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
            return false;
        Node p = enq(node);//调用 enq，把当前节点添加到AQS 队列。并且返回返回按当前节点的上一个节点，也就是原tail 节点
        int ws = p.waitStatus;
        // 如果上一个节点的状态被取消了, 或者尝试设置上一个节点的状态为 SIGNAL 失败了
        //(SIGNAL 表示: 他的 next 节点需要停止阻塞),
        if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
            LockSupport.unpark(node.thread); // 唤醒节点上的线程.
        return true;//如果 node 的 prev 节点已经是signal 状态，那么被阻塞线程的唤醒工作由 AQS 队列来完成
    }

执行完 doSignal 以后，会把 condition 队列中的节点转移到 aqs 队列上，这个时候会判断 Consumer的 prev 节点也就是 head 节点的 waitStatus，如果大于 0 或者设置 SIGNAL 失败，表示节点被设置成了 CANCELLED 状态。这个时候会唤醒Consumer这个线程。否则就基于 AQS 队列的机制来唤醒，也就是等到 Producer 释放锁之后来唤醒 Consumer

前面在分析 await 方法时，线程会被阻塞。而通过 signal被唤醒之后又继续回到上次执行的逻辑

if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
                    break;
            }

如果当前线程被中断，则调用transferAfterCancelledWait方法判断后续的处理，应该是抛出InterruptedException还是重新中断。这里需要注意的地方是，如果第一次 CAS 失败了，则不能判断当前线程是先进行了中断还是先进行了 signal 方法的调用，可能是先执行了 signal 然后中断，也可能是先执行了中断，后执行了 signal，当然，这两个操作肯定是发生在 CAS 之前。这时需要做的就是等待当前线程的 node被添加到 AQS 队列后，也就是 enq 方法返回后，返回false 告诉checkInterruptWhileWaiting 方法返回REINTERRUPT(1)，后续进行重新中断。

private int checkInterruptWhileWaiting(Node node) {
            return Thread.interrupted() ?
                (transferAfterCancelledWait(node) ? THROW_IE : REINTERRUPT) :
                0;
        }

简单来说，该方法的返回值代表当前线程是否在 park 的时候被中断唤醒，如果为 true 表示中断在 signal 调用之前，signal 还未执行，那么这个时候会根据 await 的语义，在 await 时遇到中断需要抛出interruptedException，返回 true 就是告诉checkInterruptWhileWaiting 返回 THROW_IE(-1)。如果返回 false，否则表示 signal 已经执行过了，只需要重新响应中断即可

final boolean transferAfterCancelledWait(Node node) {
		//使用 cas 修改节点状态，如果还能修改成功，说明线程被中断时，signal 还没有被调用。
	// 这里有一个知识点，就是线程被唤醒，并不一定是在 java 层面执行了locksupport.unpark，也可能是调用了线程
		//的 interrupt()方法，这个方法会更新一个中断标识，并且会唤醒处于阻塞状态下的线程。
        if (compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) {
            enq(node);//如果 cas 成功，则把node 添加到 AQS 队列
            return true;
        } 
        //如果 cas 失败，则判断当前 node 是否已经在 AQS 队列上，如果不在，则让给其他线程执行
		//当 node 被触发了 signal 方法时，node 就会被加到 aqs 队列上
        while (!isOnSyncQueue(node))//循环检测 node 是否已经成功添加到 AQS 队列中。如果没有，则通过 yield
            Thread.yield();
        return false;
    }

acquireQueued

这个方法在讲 aqs 的时候说过，是的当前被唤醒的节点ThreadA 去抢占同步锁。并且要恢复到原本的重入次数状态。调用完这个方法之后，AQS 队列的状态如下将 head 节点的 waitStatus 设置为-1，Signal 状态。

reportInterruptAfterWait

根据 checkInterruptWhileWaiting 方法返回的中断标识来进行中断上报。

如果是 THROW_IE，则抛出中断异常

如果是 REINTERRUPT，则重新响应中断

private void reportInterruptAfterWait(int interruptMode)
            throws InterruptedException {
            if (interruptMode == THROW_IE)
                throw new InterruptedException();
            else if (interruptMode == REINTERRUPT)
                selfInterrupt();
        }

流程图：

AQS分析Condition等待队列

await 和 signal 的总结

线程 awaitThread 先通过 lock.lock()方法获取锁成功后调用了 condition.await 方法进入等待队列，而另一个线程 signalThread 通过 lock.lock()方法获取锁成功后调用了 condition.signal 或者 signalAll 方法，使得线程awaitThread 能够有机会移入到同步队列中，当其他线程释放 lock 后使得线程 awaitThread 能够有机会获取lock，从而使得线程 awaitThread 能够从 await 方法中退出执行后续操作。如果 awaitThread 获取 lock 失败会直接进入到同步队列。

阻塞：await()方法中，在线程释放锁资源之后，如果节点不在 AQS 等待队列，则阻塞当前线程，如果在等待队列，则自旋等待尝试获取锁

释放：signal()后，节点会从 condition 队列移动到 AQS等待队列，则进入正常锁的获取流程

AQS分析Condition等待队列

AQS是AbstractQueneSynchronizer抽象类

Condition核心方法await();、signal();

流程图：

await 和 signal 的总结

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