引言

在java中，對于任意一個java對象，它都擁有一組定義在java.lang.Object上監(jiān)視器方法，包括wait()，wait(long timeout)，notify()，notifyAll()，這些方法配合synchronized關(guān)鍵字一起使用可以實現(xiàn)等待/通知模式。

同樣，Condition接口也提供了類似Object監(jiān)視器的方法，通過與Lock配合來實現(xiàn)等待/通知模式。

為了更好的了解Condition的特性，我們來對比一下兩者的使用方式以及功能特性：

Condition使用示例

實現(xiàn)一個簡單的有界隊列，隊列為空時，隊列的刪除操作將會阻塞直到隊列中有新的元素，隊列已滿時，隊列的插入操作將會阻塞直到隊列出現(xiàn)空位。

簡單有界隊列實現(xiàn)

不難看出，Condition的使用方式是比較簡單的，需要注意的是使用Condition的等待/通知需要提前獲取到與Condition對象關(guān)聯(lián)的鎖，Condition對象由Lock對象創(chuàng)建。

以上述示例中的add(T object)為例，詳細(xì)描述一下Condition等待/通知的整個過程：

• 獲取鎖，確保對數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)修改的安全性；
• 數(shù)組元素的個數(shù)等于數(shù)組的長度時，調(diào)用notFull.await()，插入線程釋放鎖進(jìn)入等待；
• 數(shù)組未滿，添加元素到數(shù)組中，調(diào)用notEmpty.signal()通知等待在notEmpty上的線程，數(shù)組中有新的元素可以操作。

總的來說，Condition的等待/通知使用方式大體上跟經(jīng)典的Object監(jiān)視器上的等待/通知是非常類似的。

Condition實現(xiàn)分析

Condition api

Condition提供以下接口以供實現(xiàn)：

1. void await() throws InterruptedException
   當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)，直到被通知（signal）或者被中斷時，當(dāng)前線程進(jìn)入運行狀態(tài)，從await()返回；

2. void awaitUninterruptibly()
   當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)，直到被通知，對中斷不做響應(yīng)；

3. long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException
   在接口1的返回條件基礎(chǔ)上增加了超時響應(yīng)，返回值表示當(dāng)前剩余的時間，如果在nanosTimeout之前被喚醒，返回值 = nanosTimeout - 實際消耗的時間，返回值 <= 0表示超時；

4. boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException
   同樣是在接口1的返回條件基礎(chǔ)上增加了超時響應(yīng)，與接口3不同的是：

• 可以自定義超時時間單位；
• 返回值返回true/false，在time之前被喚醒，返回true，超時返回false。

5. boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException
   當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)直到將來的指定時間被通知，如果沒有到指定時間被通知返回true，否則，到達(dá)指定時間，返回false；

6. void signal()
   喚醒一個等待在Condition上的線程；

7. void signalAll()
   喚醒等待在Condition上所有的線程。

Condition具體實現(xiàn)分析

ConditionObject是Condition在java并發(fā)中的具體的實現(xiàn)，它是AQS的內(nèi)部類。因為Condition相關(guān)操作都需要獲取鎖，所以作為AQS的內(nèi)部類也比較合理。接下來就以ConditionObject的等待隊列、等待、通知為切入點分析ConditionObject的具體實現(xiàn)。

等待隊列

ConditionObject的等待隊列是一個FIFO隊列，隊列的每個節(jié)點都是等待在Condition對象上的線程的引用，在調(diào)用Condition的await()方法之后，線程釋放鎖，構(gòu)造成相應(yīng)的節(jié)點進(jìn)入等待隊列等待。其中節(jié)點的定義復(fù)用AQS的Node定義。

等待隊列相關(guān)操作實現(xiàn)

ConditionObject等待隊列相關(guān)操作實現(xiàn)

• ConditionObject包含等待隊列的首節(jié)點firstWaiter和尾節(jié)點lastWaiter；
• 線程調(diào)用await()方法時，調(diào)用addConditionWaiter()方法入隊：
  • step1：將線程構(gòu)造成Node；
  • step2：將Node加入到等待隊列中。

從隊列相關(guān)操作的具體實現(xiàn)可以知道等待隊列的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：

等待隊列基本結(jié)構(gòu)

插入節(jié)點只需要將原有尾節(jié)點的nextWaiter指向當(dāng)前節(jié)點，并且更新尾節(jié)點。更新節(jié)點并沒有像AQS更新同步隊列使用CAS是因為調(diào)用await()方法的線程必定是獲取了鎖的線程，鎖保證了操作的線程安全。

注：AQS實質(zhì)上擁有一個同步隊列和多個等待隊列，具體對應(yīng)關(guān)系如下圖所示：

AQS同步隊列與等待隊列

等待

調(diào)用Condition的await開頭的系列方法，當(dāng)前線程進(jìn)入等待隊列等待，那么Condition的等待實質(zhì)是await系列方法的具體實現(xiàn)。

await實現(xiàn)

await實現(xiàn)

• 調(diào)用addConditionWaiter將當(dāng)前線程加入等待隊列；
• 調(diào)用fullRelease釋放當(dāng)前線程節(jié)點的同步狀態(tài)，喚醒后繼節(jié)點；
• 線程進(jìn)入等待狀態(tài)；
• 線程被喚醒后，從while循環(huán)中退出，調(diào)用acquireQueued嘗試獲取同步狀態(tài)；
• 同步狀態(tài)獲取成功后，線程從await方法返回。

其他以await開頭的方法具體實現(xiàn)與await基本一致，只是在它的基礎(chǔ)上增加了超時限制，不管有沒有被喚醒，到達(dá)指定時間，等待結(jié)束，從await返回。整個await系列方法將線程加入等待隊列的流程可以總結(jié)為下圖：

線程加入等待隊列.png

喚醒

調(diào)用Condition的signal()方法將會喚醒再等待隊列中的首節(jié)點，該節(jié)點也是到目前為止等待時間最長的節(jié)點。

signal實現(xiàn)

signal實現(xiàn)

• step1：前置檢查，判斷當(dāng)前線程是否是獲取了鎖的線程，如果不是拋出異常IllegalMonitorStateException，否則，執(zhí)行step2；
• step2：取得等待隊列的頭結(jié)點，頭結(jié)點不為空執(zhí)行doSignal，否則，signal結(jié)束。

可以看出，doSignal方法是整個signal方法實現(xiàn)的核心，它完成了將線程從喚醒的所有操作。

doSignal實現(xiàn)

doSignal實現(xiàn)

transferForSignal實現(xiàn)

transferForSignal實現(xiàn)

• step1：將節(jié)點waitStatus設(shè)置為0，設(shè)置成功執(zhí)行step2，否則返回false；
• step2：調(diào)用enq方法將該節(jié)點加入同步隊列；
• step3：使用LockSuppor.unpark()方法喚醒該節(jié)點的線程。

Condition的signalAll()方法，將等待隊列中的所有節(jié)點全部喚醒，相當(dāng)于將等待隊列中的每一個節(jié)點都執(zhí)行一次signal()。整個signal系列方法將線程從等待隊列移動到同步隊列可以總結(jié)為下圖：

線程從等待隊列移動到同步隊列