ReentrantLock Condition await signal 专题

Condition的执行方式，是当在线程T1中调用await方法后，线程T1将释放锁，并且将自己阻塞，等待唤醒，

线程T2获取到锁后，开始做事，完毕后，调用Condition的signal方法，唤醒线程T1，在t2执行完unlock后，线程T1恢复执行。

 signalAll和signal很像，内部就是将Condition队列里所有的Node都加入到release队列中，仅此而已

代码如下：

import org.joda.time.LocalDateTime;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class LockTest {

    private static final String separator = " - ";
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();

    private class T1 implements Runnable {

        public void run() {
            try {
                lock.lock();
                System.out.println(LocalDateTime.now().toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss") + separator + Thread.currentThread() + " after lock");
                try {
                    condition.await();//释放当前线程占用的锁，并阻塞当前线程,等待唤醒
                    System.out.println(LocalDateTime.now().toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss") + separator + Thread.currentThread() + " after await");
                } catch (Exception ex) {
                    ex.printStackTrace();
                }
            } finally {
                lock.unlock();
                System.out.println(LocalDateTime.now().toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss") + separator + Thread.currentThread() + " after unlock");
            }

        }

    }

    private class T2 implements Runnable {

        public void run() {
            try {
                lock.lock();
                System.out.println(LocalDateTime.now().toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss") + separator + Thread.currentThread() + " after lock");
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    condition.signal();
                    System.out.println(LocalDateTime.now().toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss") + separator + Thread.currentThread() + " after signal");
                } catch (Exception ex) {
                    ex.printStackTrace();
                }
            } finally {
                lock.unlock();
                System.out.println(LocalDateTime.now().toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss") + separator + Thread.currentThread() + " after unlock");
            }
        }
    }

    private void run() throws InterruptedException {
        new Thread(new T1(), T1.class.getSimpleName()).start();
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
        new Thread(new T2(), T2.class.getSimpleName()).start();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        LockTest lt = new LockTest();
        lt.run();
        TimeUnit.MINUTES.sleep(1);
    }

}

输出：

2017-05-03 18:26:42 - Thread[T1,5,main] after lock
2017-05-03 18:26:42 - Thread[T2,5,main] after lock
2017-05-03 18:26:43 - Thread[T2,5,main] after signal
2017-05-03 18:26:43 - Thread[T2,5,main] after unlock
2017-05-03 18:26:43 - Thread[T1,5,main] after await
2017-05-03 18:26:43 - Thread[T1,5,main] after unlock

Condition的执行方式，是当在线程T1中调用await方法后，线程T1将释放锁，并且将自己沉睡，等待唤醒，

线程T2获取到锁后，开始做事，完毕后，调用Condition的signal方法，唤醒线程T1，线程T1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。

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。

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()

public Condition newCondition()   { 
       return sync.newCondition();
 }

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：

public final void await() throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    Node node = addConditionWaiter(); // 将当前线程包装下后，
                                      // 添加到Condition自己维护的一个链表中。
    int savedState = fullyRelease(node);// 释放当前线程占有的锁，从demo中看到，
                                        // 调用await前，当前线程是占有锁的
 
    int interruptMode = 0;
    while (!isOnSyncQueue(node)) {// 释放完毕后，遍历AQS的队列，看当前节点是否在队列中，
        // 不在 说明它还没有竞争锁的资格，所以将继续阻塞。
        // 直到它被加入到队列中，聪明的你可能猜到了，
        // 没有错，在singal的时候加入不就可以了？
        LockSupport.park(this);
        if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
            break;
    }
    // 被唤醒后，重新开始正式竞争锁，同样，如果竞争不到还是会将自己沉睡，等待唤醒重新开始竞争。
    if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
        interruptMode = REINTERRUPT;
    if (node.nextWaiter != null)
        unlinkCancelledWaiters();
    if (interruptMode != 0)
        reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}

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：

public final void signal() {
    if (!isHeldExclusively())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    Node first = firstWaiter; // firstWaiter为condition自己维护的一个链表的头结点，
                              // 取出第一个节点后开始唤醒操作
    if (first != null)
        doSignal(first);
}

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。

public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1173984872572414699L;
    /** First node of condition queue. */
    private transient Node firstWaiter;
    /** Last node of condition queue. */
    private transient Node lastWaiter;

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：

1. 线程1调用reentrantLock.lock时，线程被加入到AQS的等待队列中。
2. 线程1调用await方法被调用时，该线程从AQS中移除，对应操作是锁的释放。
3. 接着马上被加入到Condition的等待队列中，以为着该线程需要signal信号。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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

public final void signal() {
    if (!isHeldExclusively()) {
        throw new IllegalMonitorStateException();
    }
    Node first = firstWaiter;
    if (first != null) {
        doSignal(first);
    }
}
 
private void doSignal(Node first) {
    do {
        if ((firstWaiter = first.nextWaiter) == null) // 修改头结点，完成旧头结点的移出工作
            lastWaiter = null;
        first.nextWaiter = null;
    } while (!transferForSignal(first) && // 将老的头结点，加入到AQS的等待队列中
             (first = firstWaiter) != null);
}
 
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;
    // 如果该结点的状态为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;
}

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。

http://www.importnew.com/9281.html

Condition的await-signal流程
Condition类图：

Condition接口包含了多种await方式和两个通知方法
ConditionObject实现了Condition接口，是AbstractQueuedSynchronizer的内部类
Reentrantlock的newCondition方法返回与某个lock实例相关的Condition对象

和release队列一样，Condition队列也是虚拟队列，每个Node通过nextWaiter进行关联。因为Condition Node要变为release Node才可以解除阻塞，所以不需要prevWaiter，这一点下面会有说明。

大概的整个过程是：

调用await的线程都会进入一个Condition队列。调用signal的线程每一次都会从firstWaiter开始找出未取消的Condition Node放到release队列里，然后调用signal的线程在await或者unlock的时候执行release方法才有机会将其解除阻塞。相对于lock-unlock，正常的流程要简单一些，但是对于中断处理会更为复杂。

先看看调用await()至阻塞的过程

如图所示，该过程可分为三个步骤：

新建Condition Node包装线程，加入Condition队列
释放当前线程占用的锁
阻塞当前线程
在阻塞当前线程之前，要判断Condition Node是否在release队列里。如果在的话则没必要阻塞，可直接参与锁竞争。关键代码如下：

signal方法更简单一些，就是从firstWaiter开始，找到一个没有取消的Node放入release队列。但是即使一开始找到的Node没被取消，但是入队列的时候也可能会被取消，因此代码对这个情况做了点特殊处理。我根据自己的理解将代码做了如下解释：
我们可以看到，signal方法只是将Node修改了状态，并没有唤醒线程。要将修改状态后的Node唤醒，一种是再次调用await()，一种是调用unlock()。这两个方法内部都会执行release方法对release队列里的Node解除阻塞，关于这点我在上一篇文章里已经说明了。

下面我把调用await()的线程被解除阻塞后的流程也画了一下：

 以上就是await和signal的详细流程。signalAll和signal很像，内部就是将Condition队列里所有的Node都加入到release队列中，仅此而已。

 http://www.cnblogs.com/jycboy/p/5623238.html