目录

Condition的概念

大体实现流程

  I.初始化状态  II.await()操作  III.signal()操作

3个主要方法

  Condition的数据结构
  线程何时阻塞和释放
  await()方法
  signal()和signalAll()方法

Condition示例:生产者和消费者


JUC提供了Lock可以方便的进行锁操作,但是有时候我们也需要对线程进行条件性的阻塞和唤醒,这时我们就需要condition条件变量,它就像是在线程上加了多个开关,可以方便的对持有锁的线程进行阻塞和唤醒。


Condition的概念

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。
 
JDK的官方解释如下:
条件(也称为条件队列 或条件变量)为线程提供了一个含义,以便在某个状态条件现在可能为 true 的另一个线程通知它之前,一直挂起该线程(即让其“等待”)。因为访问此共享状态信息发生在不同的线程中,所以它必须受保护,因此要将某种形式的锁与该条件相关联。等待提供一个条件的主要属性是:以原子方式 释放相关的锁,并挂起当前线程,就像 Object.wait 做的那样。

Condition实质上是被绑定到一个锁上。

 
JUC锁机制(Lock)学习笔记中,我们了解到AQS有一个队列,同样Condition也有一个等待队列,两者是相对独立的队列,因此一个Lock可以有多个Condition,Lock(AQS)的队列主要是阻塞线程的,而Condition的队列也是阻塞线程,但是它是有阻塞和通知解除阻塞的功能
Condition阻塞时会释放Lock的锁,阻塞流程请看下面的Condition的await()方法。

大体实现流程

AQS等待队列与Condition队列是两个相互独立的队列
await()就是在当前线程持有锁的基础上释放锁资源,并新建Condition节点加入到Condition的队列尾部,阻塞当前线程
signal()就是将Condition的头节点移动到AQS等待节点尾部,让其等待再次获取锁
 
以下是AQS队列和Condition队列的出入结点的示意图,可以通过这几张图看出线程结点在两个队列中的出入关系和条件。
 
I.初始化状态:AQS等待队列有3个Node,Condition队列有1个Node(也有可能1个都没有)

II.节点1执行Condition.await()

1.将head后移
2.释放节点1的锁并从AQS等待队列中移除
3.将节点1加入到Condition的等待队列中
4.更新lastWaiter为节点1
III.节点2执行signal()操作
5.将firstWaiter后移
6.将节点4移出Condition队列
7.将节点4加入到AQS的等待队列中去
8.更新AQS的等待队列的tail

3个主要方法

Condition的数据结构

我们知道一个Condition可以在多个地方被await(),那么就需要一个FIFO的结构将这些Condition串联起来,然后根据需要唤醒一个或者多个(通常是所有)。所以在Condition内部就需要一个FIFO的队列。
private transient Node firstWaiter;
private transient Node lastWaiter;
上面的两个节点就是描述一个FIFO的队列。我们再结合前面提到的节点(Node)数据结构。我们就发现Node.nextWaiter就派上用场了!nextWaiter就是将一系列的Condition.await*串联起来组成一个FIFO的队列。

线程何时阻塞和释放

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

await方法

ReentrantLock是独占锁,一个线程拿到锁后如果不释放,那么另外一个线程肯定是拿不到锁,所以在lock.lock()和lock.unlock()之间可能有一次释放锁的操作(同样也必然还有一次获取锁的操作)。在进入lock.lock()后唯一可能释放锁的操作就是await()了。也就是说await()操作实际上就是释放锁,然后挂起线程,一旦条件满足就被唤醒,再次获取锁!
 
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;
    // 4.为什么会有在AQS的等待队列的判断?
    //
解答:signal操作会将Node从Condition队列中拿出并且放入到等待队列中去,在不在AQS等待队列就看signal是否执行了
    //
如果不在AQS等待队列中,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
)
            break;
    }
    // 5.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
    //
)
        reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}
 
整个await的过程如下:
  1.将当前线程加入Condition锁队列。特别说明的是,这里不同于AQS的队列,这里进入的是Condition的FIFO队列。进行2。
  2.释放锁。这里可以看到将锁释放了,否则别的线程就无法拿到锁而发生死锁。进行3。
  3.自旋(while)挂起,直到被唤醒或者超时或者CACELLED等。进行4。
  4.获取锁(acquireQueued)。并将自己从Condition的FIFO队列中释放,表明自己不再需要锁(我已经拿到锁了)。
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

await*()清楚了,现在再来看signal/signalAll就容易多了。按照signal/signalAll的需求,就是要将Condition.await*()中FIFO队列中第一个Node唤醒(或者全部Node)唤醒。尽管所有Node可能都被唤醒,但是要知道的是仍然只有一个线程能够拿到锁,其它没有拿到锁的线程仍然需要自旋等待,就上上面提到的第4步(acquireQueued)。

 Java
Code 
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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:

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

上面的代码很容易看出来,signal就是唤醒Condition队列中的第一个非CANCELLED节点线程,而signalAll就是唤醒所有非CANCELLED节点线程。当然了遇到CANCELLED线程就需要将其从FIFO队列中剔除。
 
 Java
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))
        return false;

/*
     * 加入到AQS的等待队列,让节点继续获取锁
    
* 设置前置节点状态为SIGNAL
 || !compareAndSetWaitStatus(p, c, Node.SIGNAL))
        LockSupport.unpark(node.thread);
    return true;
}

 
上面就是唤醒一个await*()线程的过程,根据前面的介绍,如果要unpark线程,并使线程拿到锁,那么就需要线程节点进入AQS的队列。所以可以看到在LockSupport.unpark之前调用了enq(node)操作,将当前节点加入到AQS队列。
 
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:
 Java
Code 
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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。

Condition应用示例:生产者和消费者

Condition 实例实质上被绑定到一个锁上。要为特定 Lock 实例获得
Condition 实例,请使用其 newCondition() 方法。在最后我们来看一个应用示例

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; i++) {
                try {
                    get();
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        }
    }

public static void main(String[] args) {
        final ConditionTest test = new ConditionTest();
        Thread put = test.new PutThread();
        Thread get = test.new GetThread();
        put.start();
        get.start();
    }

 
 
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参考文章列表:

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