【转】Java并发编程J.U.C之Condition

          转载自http://www.goldendoc.org/2011/06/juc_condition/  

         在上一篇中，我们了解了下锁的获取与释放的过程，这个过程主要通过在A.Q.S中维持一个等待队列来实现，其中我们也提到了，在A.Q.S中除了一个等待队列之外，还有一个Condition队列，在了解Condition队列之前，先来看一下Condition是怎么回事：

The synchronizer framework provides a ConditionObject class for use by synchronizers that maintain exclusive synchronization and conform to the Lock interface. Any number of condition objects may be attached to a lock object, providing classic monitor-style await, signal, and signalAll operations, including those with timeouts, along with some inspection and monitoring methods.

上面的这一段内容摘自Doug Lea的AQS论文，从上面这一段话可以看出，Condition主要是为了在J.U.C框架中提供和Java传统的监视器风格的wait，notify和notifyAll方法类似的功能，那么先来解释一下这三个方法的作用：

• Object.wait()方法：使当前线程释放Object上的监视器并且挂起，直到有另外的线程调用Object.notify()方法或者Object.notifyAll()方法唤醒当前线程，当被唤醒后，Object.wait()方法会尝试重新获取监视器，成功获取后继续往下执行。注意Object.wait()方法只有在当前线程持有Object的监视器的时候才能够调用，不然会抛出异常。
• Object.notify()方法：用于唤醒另外一个调用了Object.wait()方法的线程，如果有多个都调用了Object.wait()方法，那么就会选择一个线程去notify()，具体选择哪一个和具体的实现有关，当前线程在调用Object.notify()方法以后会就释放Object的监视器，和wait()方法一样，Object.notify()方法只有在当前线程只有Object的监视器的时候才能够调用，不然就会抛出异常。
• Object.notifyAll()方法：唤醒所有调用了Object.wait()方法的线程，如果有多个线程调用了Object.wait()方法，那么就会引发这些线程之间的竞争，最后谁成功获取到Object的监视器和具体的实现有关，当前线程在调用Object.notifyAll()方法以后会就释放Object的监视器，和wait()方法一样，Object.notifyAll()方法只有在当前线程只有Object的监视器的时候才能够调用，不然就会抛出异常。

         那么Condition是如何实现wait，notify和notifyAll方法的功能呢？我们接下来看：

         在Condition中，wait，notify和notifyAll方法分别对应了await，signal和signalAll方法，当然Condition也提供了超时的、不可被中断的await()方法，不过我们主要还是看一看await，notify和notifyAll的实现，先看await：

await方法：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

public final void await() throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); Node node = addConditionWaiter(); int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = ; while (!isOnSyncQueue(node)) { LockSupport.park( this ); if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != ) break ; } if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode = REINTERRUPT; if (node.nextWaiter != null ) unlinkCancelledWaiters(); if (interruptMode != ) reportInterruptAfterWait(interruptMode); }

整个await的过程如下：

1. 在第2行处，如果当前线程被中断，则抛出中断异常。
2. 在第4行处，将节点加入到Condition队列中去，这里如果lastWaiter是cancel状态，那么会把它踢出Condition队列。
3. 在第5行处，调用tryRelease，释放当前线程的锁
4. 在第7行处，判断节点是否在等待队列中（signal操作会将Node从Condition队列中拿出并且放入到等待队列中去），如果不在等待队列中了，就park当前线程，如果在，就退出循环，这个时候如果被中断，那么就退出循环
5. 在第12行处，这个时候线程已经被signal()或者signalAll()操作给唤醒了，退出了4中的while循环，尝试再次获取锁，调用acquireQueued方法。

         可以看到，这个await的操作过程和Object.wait()方法是一样，只不过await()采用了Condition队列的方式实现了Object.wait()的功能。

signal和signalAll方法：

           在了解了await方法的实现以后，signal和signalAll方法的实现就相对简单了，先看看signal方法：

1 2 3 4 5 6 7

public final void signal() { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); Node first = firstWaiter; if (first != null ) doSignal(first); }

          这里先判断当前线程是否持有锁，如果没有持有，则抛出异常，然后判断整个condition队列是否为空，不为空则调用doSignal方法来唤醒线程，看看doSignal方法都干了一些什么：

1 2 3 4 5 6 7 8

private void doSignal(Node first) { do { if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null ) lastWaiter = null ; first.nextWaiter = null ; } while (!transferForSignal(first) && (first = firstWaiter) != null ); }

            这个while循环的作用就是将firstWaiter往Condition队列的后面移一位，并且唤醒first，看看while循环中tranferForSignal：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

final boolean transferForSignal(Node node) { if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) return false; Node p = enq(node); int c = p.waitStatus; if (c > || !compareAndSetWaitStatus(p, c, Node.SIGNAL)) LockSupport.unpark(node.thread); return true ; }

            这段代码的作用就是修改Node的waitStatus为0，然后将Node插入到等待队列中，并且唤醒Node。

           signalAll和signal方法类似，主要的不同在于它不是调用doSignal方法，而是调用doSignalAll方法：

1 2 3 4 5 6 7 8 9

private void doSignalAll(Node first) { lastWaiter = firstWaiter  = null ; do { Node next = first.nextWaiter; first.nextWaiter = null ; transferForSignal(first); first = next; } while (first != null ); }

           这个方法就相当于把Condition队列中的所有Node全部取出插入到等待队列中去。

总结：

在了解了await()，signal()和signalAll方法的实现以后，我们再来通过一副gif动画来看一看这一个整体的过程：