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在java.util.concurrent
包中,有两个很特殊的工具类,Condition
和ReentrantLock
,使用过的人都知道,ReentrantLock
(重入锁)是jdk的concurrent
包提供的一种独占锁的实现。它继承自Dong Lea的 AbstractQueuedSynchronizer
(同步器),确切的说是ReentrantLock
的一个内部类继承了AbstractQueuedSynchronizer
,ReentrantLock
只不过是代理了该类的一些方法,可能有人会问为什么要使用内部类在包装一层? 我想是安全的关系,因为AbstractQueuedSynchronizer
中有很多方法,还实现了共享锁,Condition
(稍候再细说)等功能,如果直接使ReentrantLock
继承它,则很容易出现AbstractQueuedSynchronizer
中的API被无用的情况。
言归正传,今天,我们讨论下Condition
工具类的实现。
ReentrantLock
和Condition
的使用方式通常是这样的:
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运行后,结果如下:
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可以看到,
Condition
的执行方式,是当在线程1中调用await
方法后,线程1将释放锁,并且将自己沉睡,等待唤醒,
线程2获取到锁后,开始做事,完毕后,调用Condition
的signal
方法,唤醒线程1,线程1恢复执行。
以上说明Condition
是一个多线程间协调通信的工具类,使得某个,或者某些线程一起等待某个条件(Condition),只有当该条件具备( signal
或者 signalAll
方法被带调用)时 ,这些等待线程才会被唤醒,从而重新争夺锁。
那,它是怎么实现的呢?
首先还是要明白,reentrantLock.newCondition()
返回的是Condition
的一个实现,该类在AbstractQueuedSynchronizer
中被实现,叫做newCondition()
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它可以访问AbstractQueuedSynchronizer
中的方法和其余内部类(AbstractQueuedSynchronizer
是个抽象类,至于他怎么能访问,这里有个很奇妙的点,后面我专门用demo说明 )
现在,我们一起来看下Condition
类的实现,还是从上面的demo入手,
为了方便书写,我将AbstractQueuedSynchronizer
缩写为AQS
当await
被调用时,代码如下:
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回到上面的demo,锁被释放后,线程1开始沉睡,这个时候线程因为线程1沉睡时,会唤醒AQS队列中的头结点,所所以线程2会开始竞争锁,并获取到,等待3秒后,线程2会调用signal方法,“发出”signal信号,signal方法如下:
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说明下,其实Condition
内部维护了等待队列的头结点和尾节点,该队列的作用是存放等待signal信号的线程,该线程被封装为Node
节点后存放于此。
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关键的就在于此,我们知道AQS自己维护的队列是当前等待资源的队列,AQS会在资源被释放后,依次唤醒队列中从前到后的所有节点,使他们对应的线程恢复执行。直到队列为空。
而Condition自己也维护了一个队列,该队列的作用是维护一个等待signal信号的队列,两个队列的作用是不同,事实上,每个线程也仅仅会同时存在以上两个队列中的一个,流程是这样的:
- 线程1调用
reentrantLock.lock
时,线程被加入到AQS的等待队列中。 - 线程1中
await
方法被调用时,该线程从AQS中移除,对应操作是锁的释放。 - 接着马上被加入到
Condition
的等待队列中,此时该线程需要signal
信号。 - 线程2,因为线程1释放锁的关系,被唤醒,并判断可以获取锁,于是线程2获取锁,并被加入到AQS的等待队列中。
- 线程2调用
signal
方法,这个时候Condition
的等待队列中只有线程1一个节点,于是它被取出来,并被加入到AQS的等待队列中。 注意,这个时候,线程1 并没有被唤醒。 signal
方法执行完毕,线程2调用reentrantLock.unLock()
方法,释放锁。这个时候因为AQS中只有线程1,于是,AQS释放锁后按从头到尾的顺序唤醒线程时,线程1被唤醒,于是线程1回复执行。- 直到释放所整个过程执行完毕。
可以看到,整个协作过程是靠结点在AQS的等待队列和Condition
的等待队列中来回移动实现的,Condition
作为一个条件类,很好的自己维护了一个等待信号的队列,并在适时的时候将结点加入到AQS的等待队列中来实现的唤醒操作。
看到这里,signal方法的代码应该不难理解了。
取出头结点,然后doSignal
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可以看到,正常情况 ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL)
这个判断是不会为true
的,所以,不会在这个时候唤醒该线程。
只有到发送signal
信号的线程调用reentrantLock.unlock()
后因为它已经被加到AQS的等待队列中,所以才会被唤醒。
总结:
本文从代码的角度说明了Condition
的实现方式,其中,涉及到了AQS的很多操作,比如AQS的等待队列实现独占锁功能,不过,这不是本文讨论的重点,等有机会再将AQS的实现单独分享出来。
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