在上一篇博客，简单的说下了AQS的基本概念，核心源码解析，但是还有一部分内容没有涉及到，就是AQS对条件变量的支持，这篇博客将着重介绍这方面的内容。
条件变量
基本应用
我们先通过模拟一个消费者/生产者模型来看下条件变量的基本应用：
- 当有数据的时候，生产者停止生产数据，通知消费者消费数据；
- 当没有数据的时候，消费者停止消费数据，通知生产者生产数据；
public class CommonResource {
private boolean isHaveData = false;
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition producer_con = lock.newCondition();
Condition consumer_con = lock.newCondition();
public void product() {
lock.lock();
try {
while (isHaveData) {
try {
System.out.println("还有数据，等待消费数据");
producer_con.await();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
System.out.println("生产者生产数据了");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
isHaveData = true;
consumer_con.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void consume() {
lock.lock();
try {
while (!isHaveData) {
try {
System.out.println("没有数据了，等待生产者消费数据");
consumer_con.await();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
System.out.println("消费者消费数据");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
isHaveData = false;
producer_con.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
CommonResource resource = new CommonResource();
new Thread(() -> {
while (true) {
resource.product();
}
}).start();
new Thread(() -> {
while (true) {
resource.consume();
}
}).start();
}
}
运行结果：
这就是条件变量的应用，第一反应是不是和object中的wait/nofity很像，wait/nofity是配合synchronized工作的，而条件变量的await/signal是配合使用AQS实现的锁
来完成工作的，当然也要看用AQS实现的锁是否支持了条件变量。synchronized只能与一个共享变量进行工作，而AQS实现的锁支持多个条件变量。
我们试着分析下上面的代码：
首先创建了两个条件变量，一个条件变量用来阻塞/唤醒消费者线程，一个条件变量用来阻塞/唤醒生产者线程。
生产者，首先获取了独占锁，判断是否有数据：
- 如果有数据，则调用条件变量producer_con的await方法，阻塞当前线程，当消费者线程再次调用该条件变量producer_con的signal方法，就会唤醒该线程。
- 如果没有数据，则生产数据，并且调用条件变量consumer_con的signal方法，唤醒因为调用consumer_con的await方法而被阻塞的消费者线程。
最终释放锁。
消费者，首先获取了独占锁，判断是否有数据：
- 如果没有数据，则调用条件变量consumer_con的await方法，阻塞当前线程，当生产者线程再次调用该条件变量consumer_con的signal方法，就会唤醒该线程。
- 如果有数据，则消费数据，并且调用条件变量producer_con的signal方法，唤醒因为调用producer_con的await方法而被阻塞的生产者线程。
最终释放锁。
这里有一点需要特别注意：
- 释放锁，一般应该放在finally里面，以防中间出现异常，锁没有被释放。
为了加深对条件变量的理解，我们再来看一个例子，两个线程交替打印奇偶数：
public class Test {
private int num = 0;
private Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
public void add() {
while(num<100) {
try {
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + num++);
condition.signal();
condition.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Test test=new Test();
new Thread(() -> {
test.add();
}).start();
new Thread(() -> {
test.add();
}).start();
}
}
运行结果：
翻阅网上的大多数案例是分两个线程方法交替打印，同时开两个条件变量，其中一个条件变量负责阻塞/唤醒打印奇数的线程，一个变量负责阻塞/唤醒打印偶数的线程，但是个人觉得没什么必要，两个线程共用一个线程方法，共用一个条件变量也可以。不知道各位看官是什么想的？
源码解析
当我们点开lock.newCondition，发现它有好几个实现类：
我们选择ReentrantLock的实现类，实际上其他实现类也是相同的，只是为了和上面案例中的对应起来，所以先选择ReentrantLock的实现类：
public Condition newCondition() {
return sync.newCondition();
}
继续往下点：
final ConditionObject newCondition() {
return new ConditionObject();
}
可以看到，当我们调用lock.newnewCondition，最终会new出一个ConditionObject对象，而ConditionObject类是AbstractQueuedSynchronizer的内部类，我们先看下ConditionObject的UML图：
其中firstWaiter保存的是该条件变量下条件队列的首节点，lastWaiter保存的是该条件变量下条件队列的尾节点。这里只保存了条件队列的首节点和尾节点，中间的节点保存在哪里呢？ 让我们点开await方法:
public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
Node node = addConditionWaiter();
int savedState = fullyRelease(node);
int interruptMode = 0;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
LockSupport.park(this);
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);
}
在这里，我们就搞清楚三个问题即可：
- 完整的条件队列保存在哪里，以什么方式保存？
- await方法，是如何释放锁的？
- await方法，是如何阻塞线程的？
第一个问题在addConditionWaiter方法可以得到答案：
private Node addConditionWaiter() {
Node t = lastWaiter;
// If lastWaiter is cancelled, clean out.
if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
unlinkCancelledWaiters();
t = lastWaiter;
}
Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
if (t == null)
firstWaiter = node;
else
t.nextWaiter = node;
lastWaiter = node;
return node;
}
首先是判断条件队列中的尾节点是否被取消了，如果被取消了，执行unlinkCancelledWaiters方法。我们这里肯定没有被取消，事实上，如果是第一次调用await方法，lastWaiter是为空的，所以肯定不会进入第一个if。随后，新建一个Node，这个Node类就是上一篇博客中大量介绍过的，也是AbstractQueuedSynchronizer的内部类，也就是新建了一个Node节点，其中保存了当前线程和Node的类型，这里Node的类型是CONDITION，如果t==null，则说明新建的Node是第一个节点，所以赋值给firstWaiter ，否则将尾节点的nextWaiter设置为新Node，形成一个单向链表，这个nextWaiter在哪里呢，它是通过node点出来的，也就是它也属于node类的一个字段：
这说明了一个比较重要的问题：
AQS的阻塞队列是以双向的链表的形式保存的，是通过prev和next建立起关系的，但是AQS中的条件队列是以单向链表的形式保存的，是通过nextWaiter建立起关系的，也就是AQS的阻塞队列和AQS中的条件队列并非同一个队列。
第一个问题解决了，我们再来看第二个问题，第二个问题答案在await的第二个方法：
final int fullyRelease(Node node) {
boolean failed = true;
try {
int savedState = getState();
if (release(savedState)) {
failed = false;
return savedState;
} else {
throw new IllegalMonitorStateException();
}
} finally {
if (failed)
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
}
}
首先调用getState方法，这个state是什么，不知大家是否还有印象，对于ReentrantLock来说，state就是重入次数，随后调用release方法，传入state。也就是不管重入了多少次，这里是一次性把锁完全释放掉。
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
可以看到释放锁还是调用了tryRelease方法，这个方法正是需要被重写的。
当完成了前两个方法的调用后，就会进行一个判断isOnSyncQueue，一般来说会进入这个if，park这个线程，等待唤醒，这就解决了第三个问题。
下面我们再来看看signal方法，同样的，我们需要解决几个问题：
- AQS的条件队列和阻塞队列既然不是同一个队列，那么是不是被await的线程永远不会进入阻塞队列？
- signal方法是如何唤醒线程的？
public final void signal() {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
Node first = firstWaiter;
if (first != null)
doSignal(first);
}
重点在于doSignal中的transferForSignal方法：
final boolean transferForSignal(Node node) {
/*
* If cannot change waitStatus, the node has been cancelled.
*/
if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
return false;
/*
* Splice onto queue and try to set waitStatus of predecessor to
* indicate that thread is (probably) waiting. If cancelled or
* attempt to set waitStatus fails, wake up to resync (in which
* case the waitStatus can be transiently and harmlessly wrong).
*/
Node p = enq(node);
int ws = p.waitStatus;
if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
LockSupport.unpark(node.thread);
return true;
在这个方法中，我们会调用enq方法，把条件队列的线程放入阻塞队列中，然后调用unpark方法，唤醒线程。
本篇博客到这里也结束了。
经过上下两篇博客，相信大家对AQS一定有了一个比较浅显的理解。聪明的你，可以看出来，其实这两篇博客有很多内容都没有讲透，甚至有点模棱两可，只是“蜻蜓点水”，所以这也符合了我的标题：难以理解的AQS。的确，AQS要深入研究的话，不比线程池简单多少。看，我又再给自己找理由了。希望经过今后的沉淀，我可以把这两篇博客重写下，然后换个标题“彻底理解AQS”，嘿嘿。