引言
在java中，對(duì)于任意一個(gè)java對(duì)象趟济，它都擁有一組定義在java.lang.Object上監(jiān)視器方法稼虎，包括wait()，wait(long timeout)选调，notify()夹供，notifyAll()，這些方法配合synchronized關(guān)鍵字一起使用可以實(shí)現(xiàn)等待/通知模式仁堪。
同樣哮洽，Condition接口也提供了類似Object監(jiān)視器的方法，通過(guò)與Lock配合來(lái)實(shí)現(xiàn)等待/通知模式弦聂。
為了更好的了解Condition的特性鸟辅，我們來(lái)對(duì)比一下兩者的使用方式以及功能特性：
| 對(duì)比項(xiàng) | Object監(jiān)視器 | Condition |
|---|---|---|
| 前置條件 | 獲取對(duì)象的鎖 | 調(diào)用Lock.lock獲取鎖，調(diào)用Lock.newCondition獲取Condition對(duì)象 |
| 調(diào)用方式 | 直接調(diào)用横浑，比如object.notify() | 直接調(diào)用剔桨，比如condition.await() |
| 等待隊(duì)列的個(gè)數(shù) | 一個(gè) | 多個(gè) |
| 當(dāng)前線程釋放鎖進(jìn)入等待狀態(tài) | 支持 | 支持 |
| 當(dāng)前線程釋放鎖進(jìn)入等待狀態(tài)，在等待狀態(tài)中不斷響中斷 | 不支持 | 支持 |
| 當(dāng)前線程釋放鎖并進(jìn)入超時(shí)等待狀態(tài) | 支持 | 支持 |
| 當(dāng)前線程釋放鎖并進(jìn)入等待狀態(tài)直到將來(lái)的某個(gè)時(shí)間 | 不支持 | 支持 |
| 喚醒等待隊(duì)列中的一個(gè)線程 | 支持 | 支持 |
| 喚醒等待隊(duì)列中的全部線程 | 支持 | 支持 |
Condition使用示例
實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的有界隊(duì)列徙融，隊(duì)列為空時(shí)洒缀，隊(duì)列的刪除操作將會(huì)阻塞直到隊(duì)列中有新的元素，隊(duì)列已滿時(shí)欺冀，隊(duì)列的插入操作將會(huì)阻塞直到隊(duì)列出現(xiàn)空位树绩。
不難看出，Condition的使用方式是比較簡(jiǎn)單的隐轩，需要注意的是使用Condition的等待/通知需要提前獲取到與Condition對(duì)象關(guān)聯(lián)的鎖饺饭，Condition對(duì)象由Lock對(duì)象創(chuàng)建。
以上述示例中的add(T object)為例职车，詳細(xì)描述一下Condition等待/通知的整個(gè)過(guò)程：
- 獲取鎖瘫俊，確保對(duì)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)修改的安全性；
- 數(shù)組元素的個(gè)數(shù)等于數(shù)組的長(zhǎng)度時(shí)悴灵，調(diào)用notFull.await()扛芽，插入線程釋放鎖進(jìn)入等待；
- 數(shù)組未滿积瞒，添加元素到數(shù)組中川尖，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茫孔。
總的來(lái)說(shuō)叮喳，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/通知是非常類似的被芳。
Condition實(shí)現(xiàn)分析
Condition api
Condition提供以下接口以供實(shí)現(xiàn)：
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(shí)馍悟，當(dāng)前線程進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)畔濒，從await()返回；void awaitUninterruptibly()
當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)赋朦，直到被通知篓冲，對(duì)中斷不做響應(yīng)；long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException
在接口1的返回條件基礎(chǔ)上增加了超時(shí)響應(yīng)宠哄，返回值表示當(dāng)前剩余的時(shí)間壹将，如果在nanosTimeout之前被喚醒，返回值 = nanosTimeout - 實(shí)際消耗的時(shí)間毛嫉，返回值 <= 0表示超時(shí)诽俯；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(shí)響應(yīng)，與接口3不同的是：
- 可以自定義超時(shí)時(shí)間單位承粤；
- 返回值返回true/false暴区，在time之前被喚醒，返回true辛臊，超時(shí)返回false仙粱。
boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException
當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)直到將來(lái)的指定時(shí)間被通知，如果沒(méi)有到指定時(shí)間被通知返回true彻舰，否則伐割，到達(dá)指定時(shí)間，返回false刃唤；void signal()
喚醒一個(gè)等待在Condition上的線程隔心；void signalAll()
喚醒等待在Condition上所有的線程。
Condition具體實(shí)現(xiàn)分析
ConditionObject是Condition在java并發(fā)中的具體的實(shí)現(xiàn)尚胞，它是AQS的內(nèi)部類硬霍。因?yàn)镃ondition相關(guān)操作都需要獲取鎖，所以作為AQS的內(nèi)部類也比較合理笼裳。接下來(lái)就以ConditionObject的等待隊(duì)列唯卖、等待、通知為切入點(diǎn)分析ConditionObject的具體實(shí)現(xiàn)躬柬。
等待隊(duì)列
ConditionObject的等待隊(duì)列是一個(gè)FIFO隊(duì)列耐床，隊(duì)列的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是等待在Condition對(duì)象上的線程的引用，在調(diào)用Condition的await()方法之后楔脯，線程釋放鎖，構(gòu)造成相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入等待隊(duì)列等待胯甩。其中節(jié)點(diǎn)的定義復(fù)用AQS的Node定義昧廷。
等待隊(duì)列相關(guān)操作實(shí)現(xiàn)
- ConditionObject包含等待隊(duì)列的首節(jié)點(diǎn)firstWaiter和尾節(jié)點(diǎn)lastWaiter堪嫂；
- 線程調(diào)用await()方法時(shí)，調(diào)用addConditionWaiter()方法入隊(duì)：
- step1：將線程構(gòu)造成Node木柬；
- step2：將Node加入到等待隊(duì)列中皆串。
從隊(duì)列相關(guān)操作的具體實(shí)現(xiàn)可以知道等待隊(duì)列的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：
插入節(jié)點(diǎn)只需要將原有尾節(jié)點(diǎn)的nextWaiter指向當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，并且更新尾節(jié)點(diǎn)眉枕。更新節(jié)點(diǎn)并沒(méi)有像AQS更新同步隊(duì)列使用CAS是因?yàn)檎{(diào)用await()方法的線程必定是獲取了鎖的線程恶复，鎖保證了操作的線程安全。
注：AQS實(shí)質(zhì)上擁有一個(gè)同步隊(duì)列和多個(gè)等待隊(duì)列速挑，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示：
等待
調(diào)用Condition的await開(kāi)頭的系列方法谤牡，當(dāng)前線程進(jìn)入等待隊(duì)列等待，那么Condition的等待實(shí)質(zhì)是await系列方法的具體實(shí)現(xiàn)姥宝。
await實(shí)現(xiàn)
具體執(zhí)行流程如下：
- 調(diào)用addConditionWaiter將當(dāng)前線程加入等待隊(duì)列翅萤；
- 調(diào)用fullRelease釋放當(dāng)前線程節(jié)點(diǎn)的同步狀態(tài)，喚醒后繼節(jié)點(diǎn)腊满；
- 線程進(jìn)入等待狀態(tài)套么；
- 線程被喚醒后，從while循環(huán)中退出碳蛋，調(diào)用acquireQueued嘗試獲取同步狀態(tài)胚泌；
- 同步狀態(tài)獲取成功后，線程從await方法返回肃弟。
其他以await開(kāi)頭的方法具體實(shí)現(xiàn)與await基本一致玷室，只是在它的基礎(chǔ)上增加了超時(shí)限制坚洽，不管有沒(méi)有被喚醒热押，到達(dá)指定時(shí)間，等待結(jié)束洲拇，從await返回感论。整個(gè)await系列方法將線程加入等待隊(duì)列的流程可以總結(jié)為下圖：
喚醒
調(diào)用Condition的signal()方法將會(huì)喚醒再等待隊(duì)列中的首節(jié)點(diǎn)绅项，該節(jié)點(diǎn)也是到目前為止等待時(shí)間最長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)。
signal實(shí)現(xiàn)
- step1：前置檢查比肄，判斷當(dāng)前線程是否是獲取了鎖的線程快耿，如果不是拋出異常IllegalMonitorStateException，否則芳绩，執(zhí)行step2掀亥；
- step2：取得等待隊(duì)列的頭結(jié)點(diǎn)，頭結(jié)點(diǎn)不為空?qǐng)?zhí)行doSignal妥色，否則搪花，signal結(jié)束。
可以看出，doSignal方法是整個(gè)signal方法實(shí)現(xiàn)的核心撮竿，它完成了將線程從喚醒的所有操作吮便。
doSignal實(shí)現(xiàn)
整個(gè)doSignal完成了這兩個(gè)操作：調(diào)用transferForSignal將節(jié)點(diǎn)從等待隊(duì)列移動(dòng)到同步隊(duì)列，并且幢踏，將該節(jié)點(diǎn)從等待隊(duì)列刪除髓需。
transferForSignal實(shí)現(xiàn)
- step1：將節(jié)點(diǎn)waitStatus設(shè)置為0，設(shè)置成功執(zhí)行step2房蝉，否則返回false僚匆；
- step2：調(diào)用enq方法將該節(jié)點(diǎn)加入同步隊(duì)列；
- step3：使用LockSuppor.unpark()方法喚醒該節(jié)點(diǎn)的線程搭幻。
Condition的signalAll()方法咧擂，將等待隊(duì)列中的所有節(jié)點(diǎn)全部喚醒，相當(dāng)于將等待隊(duì)列中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都執(zhí)行一次signal()粗卜。整個(gè)signal系列方法將線程從等待隊(duì)列移動(dòng)到同步隊(duì)列可以總結(jié)為下圖：
