一、Condition的概念

回忆 synchronized 关键字，它配合 Object 的 wait()、notify() 系列方法可以实现等待/通知模式。对于 Lock，通过 Condition 也可以实现等待/通知模式。Condition是在java 1.5中才出现的，它用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协作，相比使用Object的wait()、notify()，使用Condition的await()、signal()这种方式实现线程间协作更加安全和高效。因此通常来说比较推荐使用Condition，阻塞队列实际上是使用了Condition来模拟线程间协作。

Lock和Condition的关系：Lock只能实现互斥（一个线程持有锁，另外的线程不能访问该锁），但是不能实现通信（即使获取了CPU的执行权，但是也可以让出执行权通知另外的线程执行），一个是哥们你不能干，一个是哥们你可以干。

Condition是个接口，基本的方法就是await()和signal()方法；

Condition依赖于Lock接口，生成一个Condition的基本代码是lock.newCondition()

调用Condition的await()和signal()方法，都必须在lock保护之内，就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用Conditon中的await()对应Object的wait()；Condition中的signal()对应Object的notify()；Condition中的signalAll()对应Object的notifyAll()。

二、Condition的实现分析

ConditionObject 类是 AQS 的内部类，实现了 Condition 接口。

可以看到，等待队列和同步队列一样，使用的都是同步器 AQS 中的节点类 Node。同样拥有首节点和尾节点，
每个 Condition 对象都包含着一个 FIFO 队列。

（1）等待

调用 Condition 的 await() 方法会使线程进入等待队列，并释放锁，线程状态变为等待状态，

public final void await() throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    Node node = addConditionWaiter();
    //释放同步状态（锁）
    int savedState = fullyRelease(node);
    int interruptMode = 0;
    //判断节点是否放入同步对列
    while (!isOnSyncQueue(node)) {
        //阻塞
        LockSupport.park(this);
        //如果已经中断了，则退出
        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);
}

分析上述方法的大概过程：

将当前线程创建为节点，加入等待队列；
释放锁，唤醒同步队列中的后继节点；
while循环判断节点是否放入同步队列：

没有放入，则阻塞，继续 while 循环（如果已经中断了，则退出）
放入，则退出 while 循环，执行后面的判断

退出 while 说明节点已经在同步队列中，调用 acquireQueued() 方法加入同步状态竞争。
竞争到锁后从 await() 方法返回，即退出该方法。

addConditionWaiter() 方法：

private Node addConditionWaiter() {

Node t = lastWaiter;

if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {

//清除条件队列中所有状态不为Condition的节点

unlinkCancelledWaiters();

t = lastWaiter;

}

//将该线程创建节点，放入等待队列

Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);

if (t == null)

firstWaiter = node;

else

t.nextWaiter = node;

lastWaiter = node;

return node;

}

过程分析：同步队列的首节点移动到等待队列。加入尾节点之前会清除所有状态不为 Condition 的节点。

（2）通知

调用 Condition 的 signal() 方法，可以唤醒等待队列的首节点（等待时间最长），唤醒之前会将该节点移动到同步队列中。

public final void signal() {

//判断是否获取了锁

if (!isHeldExclusively())

throw new IllegalMonitorStateException();

Node first = firstWaiter;

if (first != null)

doSignal(first);

}

过程：

先判断当前线程是否获取了锁；
然后对首节点调用 doSignal() 方法。

private void doSignal(Node first) {

do {

if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)

lastWaiter = null;

first.nextWaiter = null;

} while (!transferForSignal(first) &&

(first = firstWaiter) != null);

}

过程：

修改首节点；
调用 transferForSignal() 方法将节点移动到同步队列。

final boolean transferForSignal(Node node) {

//将节点状态变为0

if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))

return false;

//将该节点加入同步队列

Node p = enq(node);

int ws = p.waitStatus;

//如果结点p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;

}

调用同步器的 enq 方法，将节点移动到同步队列，
满足条件后使用 LockSupport 唤醒该线程。

当 Condition 调用 signalAll() 方法：

public final void signalAll() {

if (!isHeldExclusively())

throw new IllegalMonitorStateException();

Node first = firstWaiter;

if (first != null)

doSignalAll(first);

}

private void doSignalAll(Node first) {

lastWaiter = firstWaiter = null;

do {

Node next = first.nextWaiter;

first.nextWaiter = null;

transferForSignal(first);

first = next;

} while (first != null);

}

可以看到 doSignalAll() 方法使用了 do-while 循环来唤醒每一个等待队列中的节点，直到 first 为 null 时，停止循环。

一句话总结 signalAll() 的作用：将等待队列中的全部节点移动到同步队列中，并唤醒每个节点的线程。

三、Condition应用

（1）简单demo

package thread;
 
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * 
 * @author zhangliang
 *
 * 2016年4月8日 下午5:48:54
 */
public class ConTest {
	
	 final Lock lock = new ReentrantLock();
	 final Condition condition = lock.newCondition();
 
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		ConTest test = new ConTest();
	    Producer producer = test.new Producer();
	    Consumer consumer = test.new Consumer();
	          
	    
	    consumer.start(); 
	    producer.start();
	}
	
	 class Consumer extends Thread{
         
	        @Override
	        public void run() {
	            consume();
	        }
	          
	        private void consume() {
	           	             
	                try {
	                	   lock.lock();
	                    System.out.println("我在等一个新信号"+this.currentThread().getName());
	                    condition.await();
	                    
	                } catch (InterruptedException e) {
						// TODO Auto-generated catch block
						e.printStackTrace();
					} finally{
						System.out.println("拿到一个信号"+this.currentThread().getName());
	                    lock.unlock();
	                }
	            
	        }
	    }
	 
	 class Producer extends Thread{
         
	        @Override
	        public void run() {
	            produce();
	        }
	          
	        private void produce() {	             
	                try {
	                	   lock.lock();
	                       System.out.println("我拿到锁"+this.currentThread().getName());
	                        condition.signalAll();	                         
	                    System.out.println("我发出了一个信号："+this.currentThread().getName());
	                } finally{
	                    lock.unlock();
	                }
	            }
	 }
	    
}

运行结果：

一个锁内部可以有多个Condition，即有多路等待和通知，可以参看jdk1.5提供的Lock与Condition实现的可阻塞队列的应用案例（见下面代码），从中除了要体味算法，还要体味面向对象的封装。在传统的线程机制中一个监视器对象上只能有一路等待和通知，要想实现多路等待和通知，必须嵌套使用多个同步监视器对象。（如果只用一个Condition，两个存放的线程都在等，一旦一个放的线程进去了，那么它通知可能会导致另一个放的线程接着往下走。）
可阻塞队列起到缓冲的效果，应用：使用该队列实现寻呼信息的存放和取出，当队列满时，存放线程等待，当队列空时，取出线程等待。

（2）可阻塞队列的应用案例

class BoundedBuffer {
	final Lock lock = new ReentrantLock();
	final Condition notFull  = lock.newCondition(); 
	final Condition notEmpty = lock.newCondition(); 
 
	final Object[] items = new Object[100];
	int putptr, takeptr, count;
 
	public void put(Object x) throws InterruptedException {
		lock.lock();
		try {
			while (count == items.length) //如果缓冲区中存入数据的数量等于缓冲区的长度，即缓冲区满了，那么存入线程就进入等待
				notFull.await();
			items[putptr] = x; 
			if (++putptr == items.length) putptr = 0;//将存的指针指向缓冲区第一个坐标
			++count;
			notEmpty.signal();//只换醒取出线程
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}
 
	public Object take() throws InterruptedException {
		lock.lock();
		try {
			while (count == 0) //缓冲区中没有数据可取了，取出线程就进入等待
				notEmpty.await();
			Object x = items[takeptr]; 
			if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;//将取的指针指向第一个坐标
			--count;
			notFull.signal();//只换醒存入线程
			return x;
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	} 
}

（3）多线程轮流执行

下面代码实现三个线程：主线程，子线程1，子线程2轮流交替运行：

package cn.itcast.heima;
 
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 
public class ThreeConditionCommunication {
	public static void main(String[] args) {
		final Business business = new Business();
		new Thread(
				new Runnable() {
					public void run() {	
						for(int i=1;i<=50;i++){
							business.sub2(i);
						}					
					}
				}
				).start();
 
		new Thread(
				new Runnable() {
					public void run() {				
						for(int i=1;i<=50;i++){
							business.sub3(i);
						}					
					}
				}
				).start();		
 
		for(int i=1;i<=50;i++){
			business.main(i);
		}	
	}
 
	static class Business {
		Lock lock = new ReentrantLock();
		//几个线程轮流执行就定义几个condition
		Condition condition1 = lock.newCondition();
		Condition condition2 = lock.newCondition();
		Condition condition3 = lock.newCondition();
		private int shouldSub = 1;//条件，该第几个线程运行
		public  void sub2(int i){
			lock.lock();
			try{
				while(shouldSub != 2){
					try {
						condition2.await();
					} catch (Exception e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
				for(int j=1;j<=10;j++){
					System.out.println("sub2 thread sequence of " + j + ",loop of " + i);
				}
				shouldSub = 3;//该第三个线程运行了
				condition3.signal();
			}finally{
				lock.unlock();
			}
		}
 
		public  void sub3(int i){
			lock.lock();
			try{
				while(shouldSub != 3){
					try {
						condition3.await();
					} catch (Exception e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
				for(int j=1;j<=20;j++){
					System.out.println("sub3 thread sequence of " + j + ",loop of " + i);
				}
				shouldSub = 1;
				condition1.signal();
			}finally{
				lock.unlock();
			}
		}		  
 
		public  void main(int i){
			lock.lock();
			try{
				while(shouldSub != 1){
					try {
						condition1.await();
					} catch (Exception e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
				for(int j=1;j<=100;j++){
					System.out.println("main thread sequence of " + j + ",loop of " + i);
				}
				shouldSub = 2;
				condition2.signal();
			}finally{
				lock.unlock();
			}
		}
	}
}

java多线程之Condition的使用