前言
在Java多執行緒中的wait/notify通信模式結尾就已經介紹過，Java執行緒之間有兩種種等待/通知模式，在那篇博文中是利用Object監視器的方法（wait()，notify()、notifyAll()）實作的，然而在實際生產環境中不推薦使用此方法，建議使用condition的等待通知模式，JUC包中很多核心實作也確實證實了這點，所以這必然是學習JUC包原始碼的基礎，
如果之前閱讀過前不久介紹同步佇列的博文學習JUC原始碼（1）——AQS同步佇列（原始碼分析結合圖文理解），就能更好理解Condition等待佇列了，都是基于AQS.Node實作的佇列，兩者是同步器實作的核心所在！
主要參考資料《Java并發編程藝術》（有需要的小伙伴可以找我，我這里只有電子PDF）同時結合ReentranLock、AQS、ArrayBlockingQueue等原始碼，
一、Condition等待佇列介紹
1、對比Object監視器方法與Condition方法
以下對比圖來源于《Java并發編程藝術》，可以清楚看到Condition比Object監視器更加靈活，支持中斷回應等，
2、Condition方法使用介紹
我們先看下阻塞佇列ArrayBlockingQueue中關于condition的經典應用，這里使用就是condition的等待通知模式實作有界阻塞佇列，即簡單總結：當佇列滿時，阻塞插入執行緒，佇列空時，獲取元素的執行緒等待，
/** Condition for waiting takes */ private final Condition notEmpty; /** Condition for waiting puts */ private final Condition notFull; public void put(E e) throws InterruptedException { checkNotNull(e); final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { // 佇列滿時等待 while (count == items.length) notFull.await(); enqueue(e); } finally { lock.unlock(); } } public E take() throws InterruptedException { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { // 佇列空時進入Condition等待佇列等待 while (count == 0) notEmpty.await(); return dequeue(); } finally { lock.unlock(); } }
從中我們看出兩點：
- Condition要結合Lock物件實作，兩者是同時存在的，準確來說先有Lock物件，然后再創建Condition物件
- 執行緒呼叫這些方法時候，需要提前獲取到Condition物件關聯的鎖，Condition物件是由Lock物件（Lock.newConditoin()）創建出來的，也就是說Condition是依賴Lock物件的，
同樣地，我們可以從中抽取出等待-通知模式，然后撰寫Demo如下，其中標紅的可以理解為通用的等待/通知模式
public class ConditionDemo { ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 一般Condition都是作為成員變數 Condition condition = lock.newCondition(); public void waitCondition() throws InterruptedException { lock.lock(); try { // 當前執行緒等待 // 呼叫signal方法后回傳 System.out.println(Thread.currentThread()+" is waiting..., now: "+new Date()); Thread.sleep(2000); condition.await(); // 注意這里是await,而不是wait System.out.println(Thread.currentThread()+" return..., now: "+new Date()); } finally { lock.unlock(); } } public void signalCondition() throws InterruptedException { lock.lock(); try { // 喚醒獲得condition上的等待鎖 System.out.println(Thread.currentThread()+" is signaling..., now: "+new Date()); condition.signal(); } finally { lock.unlock(); } } public static void main(String[] args) { ConditionDemo condition = new ConditionDemo(); new Thread(()->{ try { condition.waitCondition(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); new Thread(()->{ try { condition.signalCondition(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); } }
運行Demo，可以看到等待執行緒確實等待了2s之后從await()方法回傳，
Thread[Thread-0,5,main] is waiting..., now: Wed Dec 23 21:35:53 CST 2020 Thread[Thread-1,5,main] is signaling..., now: Wed Dec 23 21:35:55 CST 2020 Thread[Thread-0,5,main] return..., now: Wed Dec 23 21:35:55 CST 2020
接下來就是深入原始碼理解Condition等待佇列是如何實作的
二、Condition等待佇列的實作分析（原始碼分析）
1、Condition等待佇列介紹
（1）概念認識
先引出簡單的認識，其實對比同步佇列來說，很好理解，實際上更加簡單
- 等待佇列是一個單向FIFO佇列，佇列每個節點都包含了一個執行緒參考，該執行緒是在Condition物件上等待的執行緒；
- 實際上這里的等待佇列和AQS中的同步佇列，都是采用AQS.Node靜態內部類；
- 一個ConditionObject擁有首節點(fisrtWaiter)和尾節點(lastWaiter)；
- 如果一個執行緒呼叫了Condition.await()方法，那么該執行緒將會釋放鎖（從同步佇列中移除），構造成節點加入等待佇列，等待被喚醒；
- 如果一個執行緒呼叫了Condition.signal()方法，那么該執行緒將會被喚醒（從等待佇列中移除），構造成節點加入同步佇列，嘗試重新獲取同步狀態；
（2）等待佇列結構圖
實際上，Condition的實作是在AQS中內部類ConditionObject實作Condition具體實作的：
等待佇列的結構圖如下圖，相比較同步佇列而言：
- 等待佇列來說更加簡單，是單向FIFO佇列；
- Condition擁有首尾節點參考，新增節點直接nextWaiter指向即可，這個程序不需要CAS保證，因為呼叫Condition.await()方法肯定是獲取了鎖的執行緒，也就是說該程序是來保證執行緒安全的，
實際上，AQS同步器只擁有一個同步佇列，但卻有多個Condition等待佇列，如下圖，
2、await()方法實作決議
當呼叫await()方法時，相當于同步佇列的首節點（獲取了鎖的節點）移動到了Condition的等待佇列中，
更具體來說是首先呼叫await()方法之前肯定是能獲取到同步狀態的執行緒，也就是同步佇列中首節點，之后呼叫await()方法由將釋放鎖，進入等待佇列，
分析原始碼（重點部分都已經注釋，結合圖應該更好理解）：
1）呼叫await()方法，通過addConditionWaiter()方法加入等待執行緒，然后釋放全部同步狀態
2）進入while回圈，判斷是否已經移動到同步佇列中，如果已經被移動到同步佇列中則說明執行緒已經被喚醒（signal）；
3）接下來嘗試獲取競爭同步狀態，即呼叫acquireQueue方法
public final void await() throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); // addConditionWaiter()方法當前執行緒加入等待佇列 Node node = addConditionWaiter(); // 呼叫await()方法后釋放鎖（同步狀態） int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; // 檢查node是否在同步佇列中，不是的話說明已經獲取到鎖 // LockSupport.unpark喚醒執行緒后，從這里回傳，此時已經在SyncQueue同步佇列中，退出回圈 // 從這里也可以看出，也是經典的等待/通知模式 while (!isOnSyncQueue(node)) { // 阻塞當前執行緒 LockSupport.park(this); // 在呼叫signal前拋出中斷例外，或者呼叫之后中斷，都退出回圈 // THROW_IE if interrupted before signalled, REINTERRUPT if after signalled if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) break; } // 被喚醒后的執行緒重新嘗試競爭獲取同步狀態 if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode = REINTERRUPT; if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled unlinkCancelledWaiters(); if (interruptMode != 0) reportInterruptAfterWait(interruptMode); }
結構流程如下圖：
3、signal()方法實作決議
呼叫signal方法將會喚醒等待佇列中等待時間最長的節點（首節點），在喚醒節點之前，會將節點移動到同步佇列中
具體來說當前執行緒獲取到了鎖，接著獲取等待佇列的首節點，將其移動到同步佇列中，并且喚醒節點中的執行緒，
分析原始碼（重點部分都已經注釋，結合圖應該更好理解）：
1）進入signal()方法，呼叫doSignal(Node node)方法移動到同步佇列中，并喚醒節點中執行緒
public final void signal() { // 判斷當前執行緒是否持有獲得鎖 if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); Node first = firstWaiter; if (first != null) // 移動到同步佇列中，并且喚醒節點中的執行緒 doSignal(first); } private void doSignal(Node first) { do { // 如果等待佇列中只有一個節點（即首節點），則喚醒首節點后lastWaiter置空 if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null) lastWaiter = null; // 否則獲取等待佇列中的首節點，即next域斷開置空 first.nextWaiter = null; } while (!transferForSignal(first) && (first = firstWaiter) != null); }
2）doSignal(Node node)方法中呼叫transferForSignal(Node node)，通過呼叫enq(Node node)方法(這里其實就是同步佇列的入隊enq(Node node)方法)，等待佇列中的頭結點執行緒安全地移動到同步佇列，當節點移動到同步佇列后，當前執行緒將會被喚醒（LockSupport.unpark(node.thread)），
final boolean transferForSignal(Node node) { /* * If cannot change waitStatus, the node has been cancelled. */ // 如果沒有正確設定等待狀態為初始狀態準備加入同步佇列中，則回傳，當前節點狀態為Node.CONDITION if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) return false; // 將等待佇列中的頭結點移動到同步佇列中, 回傳已經加入的當前node在同步佇列中前節點 Node p = enq(node); int ws = p.waitStatus; if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL)) // 喚醒當前node執行緒，回傳while(isOnSynQueue(Node node))處，退出回圈 LockSupport.unpark(node.thread); return true; }
流程結構如下圖：
轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/houduan/239432.html
標籤：其他
上一篇：面向物件三大特征