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Lock体系-Condition机制

　　之前用synchronized的时候，使用wait/notify可以实现线程间的通信。除此之外，JUC包里提供了类似的线程通信机制，Condition 是一个多线程协调通信的工具类，可以让某些线程一起等待某个条件（condition），只有满足条件时，线程才会被唤醒；

　　任何一个java对象都天然继承于Object类，在线程间实现通信的往往会应用到Object的几个方法，比如wait(),wait(long timeout),wait(long timeout, int nanos)与notify(),notifyAll()几个方法实现等待/通知机制，同样的， 在java Lock体系下依然会有同样的方法实现等待/通知机制。从整体上来看Object的wait和notify/notify是与对象监视器配合完成线程间的等待/通知机制，而Condition与Lock配合完成等待通知机制，前者是java底层级别的，后者是语言级别的，具有更高的可控制性和扩展性。两者除了在使用方式上不同外，在功能特性上还是有很多的不同：

  1. Condition能够支持不响应中断，而通过使用Object方式不支持；
  2. Condition能够支持多个等待队列（new 多个Condition对象），而Object方式只能支持一个；
  3. Condition能够支持超时时间的设置，而Object不支持

参照Object的wait和notify/notifyAll方法，Condition也提供了同样的方法：

针对Object的wait方法

  • void await() throws InterruptedException:当前线程进入等待状态，如果其他线程调用condition的signal或者signalAll方法并且当前线程获取Lock从await方法返回，如果在等待状态中被中断会抛出被中断异常；
  • long awaitNanos(long nanosTimeout)：当前线程进入等待状态直到被通知，中断或者超时；
  • boolean await(long time, TimeUnit unit)throws InterruptedException：同第二种，支持自定义时间单位
  • boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException：当前线程进入等待状态直到被通知，中断或者到了某个时间

针对Object的notify/notifyAll方法

  • void signal()：唤醒一个等待在condition上的线程，将该线程从等待队列中转移到同步队列中，如果在同步队列中能够竞争到Lock则可以从等待方法中返回。
  • void signalAll()：与1的区别在于能够唤醒所有等待在condition上的线程

 

　　背景：在java.util.concurrent包中，有两个很特殊的工具类，Condition和ReentrantLock,使用过的人都知道，ReentrantLock（重入锁）是jdk的concurrent包提供的一种独占锁的实现。它继承自Dong Lea的 AbstractQueuedSynchronizer（同步器），确切的说是ReentrantLock的一个内部类继承了AbstractQueuedSynchronizer，ReentrantLock只不过是代理了该类的一些方法，可能有人会问为什么要使用内部类在包装一层？ 我想是安全的关系，因为AbstractQueuedSynchronizer中有很多方法，还实现了共享锁，Condition(稍候再细说)等功能，如果直接使ReentrantLock继承它，则很容易出现AbstractQueuedSynchronizer中的API被误用的情况。

　　言归正传，今天，我们讨论下Condition工具类的实现。ReentrantLock和Condition的使用方式通常是这样的：

　　

{
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        Condition condition = lock.newCondition();
        Thread thread = new Thread(() -> {

            lock.tryLock();
            try {
                System.out.println("wait signal");
                condition.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("got signal");
            lock.unlock();
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {

            lock.tryLock();
            System.out.println("i got the lock");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                condition.signal();
                System.out.println("i send a signal");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            lock.unlock();
        });

        thread.start();
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
        thread2.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    }
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　　Condition的执行方式：线程1调用await（）方法后，线程1将释放锁，并且将自己沉睡，等待唤醒，

　　　　　　　　　　线程2获取到锁后，开始做事，完毕后，调用Condition的signal方法，唤醒线程1，线程1恢复执行。

　　以上说明Condition是一个多线程间协调通信的工具类，使得某个，或者某些线程一起等待某个条件（Condition）,只有当该条件具备( signal 或者 signalAll方法被带调用)时 ，这些等待线程才会被唤醒，从而重新争夺锁。

　　那它是怎么实现的呢？首先还是要明白，reentrantLock.newCondition() 返回的是Condition的一个实现，该类在AbstractQueuedSynchronizer中被实现，叫做newCondition（）

　　public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition();
　　}
    }

　　它可以访问AbstractQueuedSynchronizer中的方法和其余内部类（ AbstractQueuedSynchronizer是个抽象类，至于他怎么能访问，这里有个很奇妙的点，后面我专门用demo说明 ）

　　现在，我们一起来看下Condition类的实现，还是从上面的demo入手，

　　为了方便书写，我将AbstractQueuedSynchronizer缩写为AQS

　　当await被调用时，代码如下：

　　 
        public final void await() throws InterruptedException {
            if (Thread.interrupted())
                throw new InterruptedException();
            Node node = addConditionWaiter();//将当前线程包装下后，
                                       //添加到Condition自己维护的一个链表中。

            int savedState = fullyRelease(node);//释放当前线程占有的锁，从demo中看到，
                                           //调用await前，当前线程是占有锁的

            int interruptMode = 0;
            while (!isOnSyncQueue(node)) {//释放完毕后，遍历AQS的队列，看当前节点是否在队列中，
                               //不在 说明它还没有竞争锁的资格，所以继续将自己沉睡。
                                 //直到它被加入到队列中，聪明的你可能猜到了，
                                //没有错，在singal的时候加入不就可以了？

                LockSupport.park(this);
                if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
                    break;
            }
           //被唤醒后，重新开始正式竞争锁，同样，如果竞争不到还是会将自己沉睡，等待唤醒重新开始竞争。

            if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
                interruptMode = REINTERRUPT;
            if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
                unlinkCancelledWaiters();
            if (interruptMode != 0)
                reportInterruptAfterWait(interruptMode);
        }
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　　回到上面的demo，锁被释放后，线程1开始沉睡，这个时候线程因为线程1沉睡时，会唤醒AQS队列中的头结点，所所以线程2会开始竞争锁，并获取到，等待3秒后，线程2会调用signal方法，“发出”signal信号，signal方法如下：


public final void signal() {
            if (!isHeldExclusively())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            Node first = firstWaiter;//firstWaiter为condition自己维护的一个链表的头结点，
                              //取出第一个节点后开始唤醒操作

            if (first != null)
                doSignal(first);
        }
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　　说明下，其实Condition内部维护了等待队列的头结点和尾节点，该队列的作用是存放等待signal信号的线程，该线程被封装为Node节点后存放于此。

　　 
public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {
        private static final long serialVersionUID = 1173984872572414699L;
        /** First node of condition queue. */
        private transient Node firstWaiter;
        /** Last node of condition queue. */
        private transient Node lastWaiter;

　　关键的就在于此，我们知道AQS自己维护的队列是当前等待资源的队列，AQS会在资源被释放后，依次唤醒队列中从前到后的所有节点，使他们对应的线程恢复执行。直到队列为空。

而Condition自己也维护了一个队列，该队列的作用是维护一个等待signal信号的队列，两个队列的作用是不同，事实上，每个线程也仅仅会同时存在以上两个队列中的一个，流程是这样的：

  1. 线程1调用reentrantLock.lock时，线程被加入到AQS的等待队列中。

  2. 线程1调用await方法被调用时，该线程从AQS中移除，对应操作是锁的释放。

  3. 接着马上被加入到Condition的等待队列中，以为着该线程需要signal信号。

  4. 线程2，因为线程1释放锁的关系，被唤醒，并判断可以获取锁，于是线程2获取锁，并被加入到AQS的等待队列中。

  5. 线程2调用signal方法，这个时候Condition的等待队列中只有线程1一个节点，于是它被取出来，并被加入到AQS的等待队列中。 注意，这个时候，线程1 并没有被唤醒。

  6. signal方法执行完毕，线程2调用reentrantLock.unLock()方法，释放锁。这个时候因为AQS中只有线程1，于是，AQS释放锁后按从头到尾的顺序唤醒线程时，线程1被唤醒，于是线程1回复执行。

  7. 直到释放所整个过程执行完毕。
    可以看到，整个协作过程是靠结点在AQS的等待队列和Condition的等待队列中来回移动实现的，Condition作为一个条件类，很好的自己维护了一个等待信号的队列，并在适时的时候将结点加入到AQS的等待队列中来实现的唤醒操作。

看到这里，signal方法的代码应该不难理解了。取出头结点，然后doSignal

　　

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

        private void doSignal(Node first) {
            do {
                if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)//修改头结点，完成旧头结点的移出工作

                    lastWaiter = null;
                first.nextWaiter = null;
            } while (!transferForSignal(first) &&//将老的头结点，加入到AQS的等待队列中

                     (first = firstWaiter) != null);
        }

    final boolean transferForSignal(Node node) {
        /*
         * If cannot change waitStatus, the node has been cancelled.
         */
        if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
            return false;

        /*
         * Splice onto queue and try to set waitStatus of predecessor to
         * indicate that thread is (probably) waiting. If cancelled or
         * attempt to set waitStatus fails, wake up to resync (in which
         * case the waitStatus can be transiently and harmlessly wrong).
         */
        Node p = enq(node);
        int ws = p.waitStatus;
//如果该结点的状态为cancel 或者修改waitStatus失败，则直接唤醒。
        if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
            LockSupport.unpark(node.thread);
        return true;
    }

　　可以看到，正常情况 ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL) 这个判断是不会为true的，所以，不会在这个时候唤醒该线程。

　　只有到发送signal信号的线程调用reentrantLock.unlock()后因为它已经被加到AQS的等待队列中，所以才会被唤醒。

 

Object和Condtion在线程协作方面的区别：

 

 

 

 


 

 






 




 

 

参考链接：https://www.jianshu.com/p/58651d446e03

　　           https://blog.csdn.net/a1439775520/article/details/98471610

posted on 2019-12-24 11:04  NWNS-无风无影  阅读(269)  评论(0)    收藏  举报