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详解AQS中的condition源码原理

华为云开发者社区 2023-03-28 原文
摘要：condition用于显式的等待通知，等待过程可以挂起并释放锁，唤醒后重新拿到锁。

本文分享自华为云社区《AQS中的condition源码原理详细分析》，作者：breakDawn。

condition的用法

condition用于显式的等待通知，等待过程可以挂起并释放锁，唤醒后重新拿到锁。

和直接用lock\unlock去做等待通知的区别在于，lock是不会释放锁的，但是利用的condition的await则可以，且唤醒后会自动重新拿回锁。

Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
public void conditionWait() throws InterruptedException {
 lock.lock();
 try {
 // if(xxxx)判断不满足条件，等待，释放锁
 condition.await();
 } finally {
 lock.unlock();
 }
}
public void conditionSignal() throws InterruptedException {
 lock.lock();
 try {
 // 做完事情了，通知condition上等待的开始抢占
 condition.signal();
 } finally {
 lock.unlock();
 }
}

也提供了一些支持中断、支持超时的等待方法

condition 和 object.wait/notify的区别

  1. object的wait依赖sync， 只能最多有一个等待队列。 而通过newCondition可以制造多个等待队列
  2. wait不支持中断，而condition支持
  3. condition支持等待特定时间

condition原理分析

超大原理流程图

  • await()， 简单来讲就是把当前线程放入condition的等待队列中，然后调用LockSupport.park拉起线程。如果被其他线程通过signal唤醒，则放入同步队列中竞争锁，竞争成功则返回，否则继续竞争。
  • signal方法，就是拿到condition的等待队列头节点，用cas修改节点状态，改成功则唤醒线程。但有可能被别人抢先，所以需要cas操作。

代码结构部分：

​ Lock提供了newCondition接口给外部锁调用

​ 而newCondition()返回的Condition是一个接口

​ 这个接口的实现类是ConditionObject，放在AQS抽象类的内部类中

原理实现部分

等待队列

  • 每个condition都有一个属于自己的等待队列
  • 每次调用condition.await， 就插入到等待队列尾部
  • 等待队列插入封装线程的节点时不需要在尾部CAS， 因为必须先获取锁，才能调用await，因此不用CAS竞争
  • 每个Lock只有一个同步队列（用于lock()时阻塞和竞争用）， 但是可能会有多个等待队列（用于condition的await）

等待过程

  1. 添加线程到condition的等待队列尾部
  2. 释放占用的锁，并唤醒同步队列的后继节点
  3. 此时肯定不在aqs的同步队列中了， 用park方法进入阻塞状态
  4. 被唤醒，唤醒时可能是通过sign()被人放入了同步队列， 也可能是被中断唤醒，因此要做checkInterruptWhileWaiting检查看是否继续， 如果同意继续，就继续睡眠，直到进入同步队列
  5. 尝试acquireQueued竞争和抢占state同步状态
  6. 退出前，顺带用unlinkCancelledWaiters清理已经不是CONDITION状态的等待队列节点
public final void await() throws InterruptedException {
 if (Thread.interrupted())
 throw new InterruptedException();
 // 添加本线程到等待队列尾部
 Node node = addConditionWaiter();
 // 释放锁，唤醒同步队列中的后继节点
 int savedState = fullyRelease(node);
 int interruptMode = 0;
 // 如果已经在同步队列中了，说明被成功sign唤醒
 while (!isOnSyncQueue(node)) {
 // 阻塞挂起
 LockSupport.park(this);
 // 确认是否需要中断时就退出
 if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
 break;
 }
 // 在同步队列中，那就按同步队列的规则在队列中用CAS竞争同步状态
 if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
 interruptMode = REINTERRUPT;
 // 清理已经不是CONDITION状态的等待队列节点
 if (node.nextWaiter != null) 
 unlinkCancelledWaiters();
 if (interruptMode != 0)
 reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}

唤醒过程signal()

1.检查调用signal时，是否当前线程获取了锁，不是则抛异常

if (!isHeldExclusively())
 throw new IllegalMonitorStateException();

2.获取condition队列中的第一个等待节点

Node first = firstWaiter;
if (first != null)
 doSignal(first);

3.用CAS清除CONDITION状态

if (!node.compareAndSetWaitStatus(Node.CONDITION, 0))
 return false;

4.调用AQS的enq(firstWaitNode)，将这个节点放入到同步队列的队尾（需要CAS支撑？因为可能是共享的，即使获取了锁也需要竞争)

Node p = enq(node);

5.移动入同步队列成功后（可能经历了几次CAS），再用unpark方法唤醒，那个线程就进入了上面代码中Park之后的部分了

int ws = p.waitStatus;
if (ws > 0 || !p.compareAndSetWaitStatus(ws, Node.SIGNAL))
 LockSupport.unpark(node.thread);

6.如果是signalAll方法，则等待队列中每个节点都执行一次signal方法，全部移入同步队列中并唤醒（唤醒后他们很可能还会因为抢不到资源而阻塞，但队列位置不同了，也无法再通过sign唤醒了）

do {
 Node next = first.nextWaiter;
 first.nextWaiter = null;
 transferForSignal(first);
    first = next;
} while (first != null);

 

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