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Java并发编程之Condition（一）

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基本使用

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
lock.lock()
try {
    // do something...
    condition.await();  // 进行等待
} catch (InterruptedException e) {
    // do something...
} finally {
    lock.unlock();
}

首先通过ReentrantLock来获取一个Condition对象，然后在获取到锁之后调用await()方法进行等待，当被其他线程调用signal唤醒或者interrupt中断才有机会继续向下执行。

需要注意的是，lock.lock()方法阻塞时是在锁对象中维护的阻塞队列，而await方法等待是在Condition对象中维护的条件等待队列，当await被唤醒或者中断之后，该节点会从条件队列中转到锁的阻塞队列中，从而可以重新参与锁的竞争。

await方法

public final void await() throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    Node node = addConditionWaiter();
    int savedState = fullyRelease(node);
    int interruptMode = 0;
    while (!isOnSyncQueue(node)) {
        LockSupport.park(this);
        if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
            break;
    }
    if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
        interruptMode = REINTERRUPT;
    if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
        unlinkCancelledWaiters();
    if (interruptMode != 0)
        reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}

先从整体上看一下await方法的流程

  • 如果被中断过，就直接抛出异常；
  • 根据当前线程创建一个节点，添加到条件等待队列的末尾；
  • 当前线程释放锁，因为可能存在重入的情况，所以需要释放所有锁；
  • 如果当前节点不在同步阻塞队列中，也就是在条件等待队列中，就调用park进行等待；如果已经在同步阻塞队列中，就执行第六步；
  • 唤醒之后检查中断情况，如果中断过就把节点从条件等待队列转换到同步阻塞队列中去；
  • 尝试获取锁，获取失败中途可能会进行park，如果返回true表示被中断了，false表示没有中断；
  • 当前节点被取消等待，清除掉所有条件等待队列中取消的节点；
  • 根据中断标记抛出异常获取重新中断。

下面再依次根据源码来分析各个方法的实现过程：

添加条件等待节点
private Node addConditionWaiter() {
    Node t = lastWaiter;
    if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
        unlinkCancelledWaiters();
        t = lastWaiter;
    }
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
    if (t == null)
        firstWaiter = node;
    else
        t.nextWaiter = node;
    lastWaiter = node;
    return node;
}

首先获取尾节点lastWaiter，如果尾节点的waitStatus已经不是Node.CONDITION了，说明已经从等待队列中取消了，就需要从队列中清除掉这个节点，于是调用了unlinkCancelledWaiters方法，然后重新获取尾节点，根据当前线程创建一个新节点，添加到尾节点后面变成新的尾节点。

这里需要注意的是：新建的节点的waitStatus的值是Node.CONDITION，表示在条件队列中进行等待，如果变成其他值了就需要移除队列。

下面看下unlinkCancelledWaiters的实现过程：

private void unlinkCancelledWaiters() {
    Node t = firstWaiter;
    Node trail = null;  // 表示上一个没取消的节点
    while (t != null) {
        Node next = t.nextWaiter;  // 下一个节点
        if (t.waitStatus != Node.CONDITION) {  // 当前节点被取消
            t.nextWaiter = null;  // 断开和后面节点的连接
            if (trail == null)    // 表示目前还没有遍历到应该留下的节点
                firstWaiter = next;
            else
                trail.nextWaiter = next;  // 用前一个节点指向下一个节点，就把当前节点移除了
            if (next == null)  // 遍历完毕了
                lastWaiter = trail;
        }
        else
            trail = t;
        t = next;  // 继续遍历下一个节点
    }
}

通过while循环从前往后遍历等待队列，把所有取消的节点从队列中移除。这里需要注意trail的含义，表示的是上一个没被取消的节点，它的作用就是在当前节点取消时，可以直接将前一个节点指向下一个节点。

全部释放锁
final int fullyRelease(Node node) {
    boolean failed = true;
    try {
        int savedState = getState();
        if (release(savedState)) {
            failed = false;
            return savedState;
        } else {
            throw new IllegalMonitorStateException();
        }
    } finally {
        if (failed)
            node.waitStatus = Node.CANCELLED;
    }
}

这个方法很简单，通过前面的文章我们已经知道unlock方法就是调用release(1)，也就是对state进行减1，但是如果有锁重入的情况，unlock次数就需要和重入次数一样才能释放锁。这里的做法是先获取state的值，不管是否有重入，一次性全部release掉，state的值就变成0了，也就把锁释放了。

是否在同步队列中
final boolean isOnSyncQueue(Node node) {
    if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null)
        return false;
    if (node.next != null)
        return true;
    return findNodeFromTail(node);
}

这里很容易搞混的一点是prev、next这两个属性是在同步阻塞队列中才会有的，而在条件等待队列中使用的是nextWaiter属性。

waitStatus是Node.CONDITION表示在条件等待队列中，而node.prev==null为什么也表示不在同步阻塞队列中呢？这是因为同步阻塞队列在初始化时会先创建一个空的Node，其他节点都是在这个空Node之后，所以同步阻塞队列中的节点的node.prev一定不是null。

同理如果node.next != null，表示这个节点已经在同步阻塞队列中了。

如果上述条件都不满足，就直接去同步阻塞队列中去找这个节点，找到了说明在就返回true，否则就返回false，查找方法findNodeFromTail如下：

private boolean findNodeFromTail(Node node) {
    Node t = tail;
    for (;;) {
        if (t == node)
            return true;
        if (t == null)
            return false;
        t = t.prev;
    }
}

这个方法是从后往前找，如果一直找到了头节点都没有说明不在队列中，最终就返回false。

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

从park中唤醒有两种方式，一个是unpark，一个是interrupt。如果是unpark中断标志位就是false，直接返回；如果是interrupt中断的标志位为true，就尝试把节点从条件等待队列转换到同步阻塞队列中去。

final boolean transferAfterCancelledWait(Node node) {
    if (compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) {
        enq(node);
        return true;
    }
    while (!isOnSyncQueue(node))
        Thread.yield();
    return false;
}

首先通过CAS修改waitStatus为0，表示从条件等待队列中取消等待，然后调用enq方法添加到同步阻塞队列中去，成功就返回true。

如果signal方法先把waitStatus修改了，并且正在把节点转换到同步阻塞队列中去，这里第一个if判断就是false，下面while循环的目的是等待节点完全转换到同步阻塞队列中去，因为这个过程很短暂所以采用自旋的方式，然后染回false。

重新尝试获取锁

acquireQueued方法前面文章中已经介绍过，意思就是尝试获取锁，失败了就park，被唤醒之后继续重试。

再次清除取消的节点

因为当前节点已经从条件等待队列中转换到了同步阻塞队列中，所以需要重新清除一遍取消的节点。

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

如果在条件等待队列中被中断，并且转换到同步阻塞队列成功就抛出异常InterruptedException；

如果在条件等待队列中被中断，并且转换到同步阻塞队列失败，然后在同步阻塞队列中也被中断，或者在条件等待队列中没有被中断，只在同步阻塞队列中被中断只在就重新响应中断selfInterrupt()。

转载自:https://juejin.cn/post/7229660119658102841
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