深扒AQS(二)之condition

概述

我们在第一节中AQS的属性那里说过AQS类中还有一个ConditionObject的内部类

public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {

        // 条件队列首节点
        private transient Node firstWaiter;
        // 条件队列尾节点
        private transient Node lastWaiter;
        
        // methods
}
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可以看到它继承自Condition，Condition我们好像一直没介绍，因为我默认大家有一些并发基础的，在前边的文章中我们也用过Conition，总之，可以这么认为，每个锁都可以生成很多个不同的condition对象，每个condition都可以wait()当前线程，同样也可以signal()，这个什么时候wait()什么时候signal()就要根据我们的业务逻辑来啦。

接着，我们需要首先明确两个队列的概念，阻塞队列和条件队列。

阻塞队列就是我们上一节所说的队列，这个队列中的节点都想获取锁

条件队列则是由condition形成的条件队列，线程被await操作挂起后就会被放入条件队列，这个队列中的节点都被挂起，他们都等待被signal进入阻塞队列再次获取锁

当前线程被await后，就会被挂起放入条件队列中，看下怎么实现的吧。

await()

public final void await() throws InterruptedException {
            if (Thread.interrupted())
                throw new InterruptedException();
                
            // 将当前线程构造成条件节点加入condition的条件队列尾部，node即为构造的节点
            Node node = addConditionWaiter();
            
            // 释放锁，wait是要释放当前持有锁的，返回释放锁之前状态
            int savedState = fullyRelease(node);
            int interruptMode = 0;
            
            // isOnSyncQueue为true代表node已被转移到阻塞队列；
            while (!isOnSyncQueue(node)) {
                LockSupport.park(this);
                if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
                    break;
            }
            // 此时进入阻塞队列，自旋获取锁
            if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
                interruptMode = REINTERRUPT;
            if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
                unlinkCancelledWaiters();
            if (interruptMode != 0)
                reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}
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1. 将当前线程构造为条件节点加入条件队列尾部
2. 释放锁
3. 挂起当前线程并等待进入阻塞队列
4. 线程被signal唤醒进入阻塞队列
5. 进入阻塞队列自旋获取锁，其实到这里应该明白了，上一节中所谓的资源就是锁

接下来就按顺序分析一哈

加入条件队列

// 将当前线程构造成节点加入条件队列尾部
private Node addConditionWaiter() {
            Node t = lastWaiter;
            
            //尾节点被取消的话，就清除尾节点
            if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
                // 遍历链表清除状态不是CONDITION的节点
                unlinkCancelledWaiters();
                t = lastWaiter;
            }
            // 当前线程构建CONDITION节点加入条件队列尾部
            Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
            if (t == null)
                firstWaiter = node;
            else
                t.nextWaiter = node;
            lastWaiter = node;
            return node;
}
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可以条件队列节点就是复用上一节中的队列也就是阻塞队列的节点

释放锁

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

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• release()我们上一节说过了，释放资源(锁)并唤醒阻塞队列中的下个节点。

• 这个方法失败，会将节点设置为"取消"状态，并抛出异常 IllegalMonitorStateException。

• 如果一个线程在不持有 lock 的基础上，就去调用 condition.await() 方法，它能进入条件队列，但是在上面的这个方法中，由于它不持有锁，会抛出异常并成为 CANCELLED节点

等待进入阻塞队列

int interruptMode = 0;

// 如果不在阻塞队列中就挂起线程
while (!isOnSyncQueue(node)) {

    LockSupport.park(this);
    if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
        break;
}

// 判断node是否处于阻塞队列
final boolean isOnSyncQueue(Node node) {

    // 阻塞队列中的节点状态不是CONDITION，prev是null说明也不在阻塞队列
    if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null)
        return false;
        
    // 此时node的状态必不为CONDITION且node.prev不为null 
    //如果next不为空，肯定在阻塞队列；
    if (node.next != null) 
        return true;
        
    // 从队尾往前找node，找到的话返回true，否则返回false
    return findNodeFromTail(node);
}

// 从阻塞队列队尾往前遍历找node
private boolean findNodeFromTail(Node node) {
        Node t = tail;
        for (;;) {
            if (t == node)
                return true;
            if (t == null)
                return false;
            t = t.prev;
        }
}
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唤醒线程，转移到阻塞队列

public final void signal() {

            // 调用signal前必须先持有当前独占锁，注意这个方法需要开发人员实现
            if (!isHeldExclusively())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            Node first = firstWaiter;
            // 唤醒条件队列中第一个节点，等待最久
            if (first != null)
                doSignal(first);
}

private void doSignal(Node first) {
                // while循环，若first节点迁移不成功，选择first后第一个节点进行转移
            do {
                // 将 firstWaiter 指向 first 节点后面的第一个，因为 first马上要被迁移到阻塞队列
                // 若将 first 移除后，后面没有节点在等待了，那么需要将 lastWaiter 置为 null
                if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
                    lastWaiter = null;
                first.nextWaiter = null;
            } while (!transferForSignal(first) &&
                     (first = firstWaiter) != null);
}

// 将节点从条件队列转移到阻塞队列
final boolean transferForSignal(Node node) {
        
        // cas失败说明其他线程完成了转移，返回继续转移下个节点；成功的话，waitStatus置为0，上一节说过，阻塞队列节点初始状态时waitstatus为0
        if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
            return false;
        
        // 将该节点自旋加入阻塞队列尾部，p是加入阻塞队列后的前驱节点
        Node p = enq(node);
        int ws = p.waitStatus;
        
        // ws<=0且cas成功的话直接返回true；否则unpark唤醒线程返回true，总之到了这一步迁移已经完成
        if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
            LockSupport.unpark(node.thread);
        return true;
    }
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唤醒后检查中断状态

int interruptMode = 0;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
    // 线程挂起
    LockSupport.park(this);
    
    // 如果发生了中断退出while循环
    if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
        break;
}
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说了这么久，我们还在这几行代码中转悠，哈哈，不要着急，一行一行来看。我们知道第一次执行到这个程序块儿时，会被park在这个地方。那么，使得此处可以继续执行的有哪些地方呢？

• 上一步signal后我们的线程已经由条件队列转移到阻塞队列，我们知道进入阻塞队列后有机会被unpark获取锁
• 上一步signal中的最后一步，转移以后的前驱节点状态是CANCELLED，或者对前驱节点的CAS操作失败了，也会unpark；
• 假唤醒；
• park的时候，另一个线程对这个线程中断

现在假设就发生了上边任意一种情况，我们继续往后执行，AQS中定义了几种中断模式常量intrruptMode

// 退出await的时候重新设置中断
 private static final int REINTERRUPT =  1;

// await退出的时候需要抛出异常
 private static final int THROW_IE    = -1;
 
 0 说明await期间没有发生中断
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// 判断是否在线程挂起期间发生了中断，如果发生了中断，是 signal 调用之前中断的：抛出异常；还是 signal 之后发生的中断：重新设置中断
private int checkInterruptWhileWaiting(Node node) {
            return Thread.interrupted() ?
                (transferAfterCancelledWait(node) ? THROW_IE : REINTERRUPT) :
                0;
}

// 线程处于中断状态，才会调用此方法
final boolean transferAfterCancelledWait(Node node) {
        // 如果此时signal已经发生，NODE状态就不再是CONDITION,所以CAS成功的话，说明中断是在signal前发生的
        if (compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) {
            // 即使signal还没发生，此时是中断引起的unpark，依然会由于条件队列迁移到阻塞队列尾部
            enq(node);
            return true;
        }
        
        // 执行到这一步，说明上边CAS失败，说明waitstatus已不为CONDITION，即signal已经发生后才发生的中断
        // signal 方法会将节点转移到阻塞队列，但是可能还没完成，这边自旋等待其完成
        while (!isOnSyncQueue(node))
            Thread.yield();
        return false;
}
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获取独占锁

到了这一步，条件队列中的节点已经转移到阻塞队列中，可以获取锁了

if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
                interruptMode = REINTERRUPT;
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acquireQueued我们上一节分析过，这个方法返回的时候，代表当前线程获取了锁，而且 state == savedState了。

该方法的返回值就是代表线程是否被中断，如果返回 true，说明被中断了，而且若是 interruptMode != THROW_IE，说明在 signal 之前就发生中断了，这里将 interruptMode 设置为 REINTERRUPT，用于待会重新中断，其实只是要把这个中断标志保留，留给开发人员用。

if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
    unlinkCancelledWaiters();
// 最后处理中断
if (interruptMode != 0)
    reportInterruptAfterWait(interruptMode);
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这里突然冒出来个nextWaiter，事实上若是正常signal的话，我们前边代码里很清楚，first.nextWaiter = null，正常signal的话nextWaiter是null；这种不为null的情况实际上就是因为中断引发的，我们说了中断也会使得线程由条件队列进入阻塞队列，此时并没有对后边的条件节点进行处理，正是在这里处理的。

处理中断状态

很简单，不再细说

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

static void selfInterrupt() {
        Thread.currentThread().interrupt();
}
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总结

又是写了一下午，中间差点把自己绕进去，总之还是写完了，内容有点多，如果有什么纰漏，欢迎指出！

其实就是线程构造条件节点加入条件队列，然后释放锁，然后park等待unpark或者中断，这二者都会使条件节点转为阻塞队列中的节点，接着在阻塞队列中尝试获取锁，最后对中断进行处理。

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