条件队列java_Java并发系列（4）AbstractQueuedSynchronizer源码分析之条件队列

AbstractQueuedSynchronizer内部维护了一个同步状态和两个排队区，这两个排队区分别是同步队列和条件队列。

我们还是拿公共厕所做比喻，同步队列是主要的排队区，如果公共厕所没开放，所有想要进入厕所的人都得在这里排队。而条件队列主要是为条件等待设置的，我们想象一下如果一个人通过排队终于成功获取锁进入了厕所，但在方便之前发现自己没带手纸，碰到这种情况虽然很无奈，但是它也必须接受这个事实，这时它只好乖乖的出去先准备好手纸(进入条件队列等待)，当然在出去之前还得把锁给释放了好让其他人能够进来，在准备好了手纸(条件满足)之后它又得重新回到同步队列中去排队。

当然进入房间的人并不都是因为没带手纸，可能还有其他一些原因必须中断操作先去条件队列中去排队，所以条件队列可以有多个，依不同的等待条件而设置不同的条件队列。条件队列是一条单向链表，Condition接口定义了条件队列中的所有操作，AbstractQueuedSynchronizer内部的ConditionObject类实现了Condition接口。

下面我们看看Condition接口都定义了哪些操作。

public interfaceCondition {//响应线程中断的条件等待

void await() throwsInterruptedException;//不响应线程中断的条件等待

voidawaitUninterruptibly();//设置相对时间的条件等待(不进行自旋)

long awaitNanos(long nanosTimeout) throwsInterruptedException;//设置相对时间的条件等待(进行自旋)

boolean await(long time, TimeUnit unit) throwsInterruptedException;//设置绝对时间的条件等待

boolean awaitUntil(Date deadline) throwsInterruptedException;//唤醒条件队列中的头结点

voidsignal();//唤醒条件队列的所有结点

voidsignalAll();

}

Condition接口虽然定义了这么多方法，但总共就分为两类，以await开头的是线程进入条件队列等待的方法，以signal开头的是将条件队列中的线程“唤醒”的方法。这里要注意的是，调用signal方法可能唤醒线程也可能不会唤醒线程，什么时候会唤醒线程这得看情况，后面会讲到，但是调用signal方法一定会将线程从条件队列中移到同步队列尾部。

这里为了叙述方便，我们先暂时不纠结这么多，统一称signal方法为唤醒条件队列线程的操作。大家注意看一下，await方法分为5种，分别是响应线程中断等待，不响应线程中断等待，设置相对时间不自旋等待，设置相对时间自旋等待，设置绝对时间等待；signal方法只有2种，分别是只唤醒条件队列头结点和唤醒条件队列所有结点的操作。

同一类的方法基本上是相通的，由于篇幅所限，我们不可能也不需要将这些方法全部仔细的讲到，只需要将一个代表方法搞懂了再看其他方法就能够触类旁通。所以在本文中我只会细讲await方法和signal方法，其他方法不细讲但会贴出源码来以供大家参考。

1. 响应线程中断的条件等待

//响应线程中断的条件等待

public final void await() throwsInterruptedException {if(Thread.interrupted())throw newInterruptedException();//1.将当前线程添加到条件队列尾部

Node node =addConditionWaiter();//2.在进入条件等待之前先完全释放锁

int savedState =fullyRelease(node);int interruptMode = 0;//3.线程一直在while循环里进行条件等待

while (!isOnSyncQueue(node)) {//进行条件等待的线程都在这里被挂起, 线程被唤醒的情况有以下几种：//1.同步队列的前继结点已取消//2.设置同步队列的前继结点的状态为SIGNAL失败//3.前继结点释放锁后唤醒当前结点

LockSupport.park(this);//4.检查是否被中断, 如果是则代表结点取消条件等待, 此时需要将结点移出条件队列

if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)break;

}//4结点移出条件队列后的操作//1.线程醒来后就会以独占模式获取锁并检查是否被中断

if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode !=THROW_IE)

interruptMode=REINTERRUPT;//2.clean up if cancelled

if (node.nextWaiter != null)

unlinkCancelledWaiters();//3.根据中断模式进行响应的中断处理

if (interruptMode != 0)

reportInterruptAfterWait(interruptMode);

}

当线程调用await方法的时候，首先会将当前线程包装成node结点放入条件队列尾部。在addConditionWaiter方法中，如果发现条件队列尾结点已取消就会调用unlinkCancelledWaiters方法将条件队列所有的已取消结点清空。

第一步：将当前线程添加到条件队列尾部

privateNode addConditionWaiter() {

Node t=lastWaiter;//If lastWaiter is cancelled, clean out.

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

unlinkCancelledWaiters();

t=lastWaiter;

}

Node node= newNode(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);if (t == null)

firstWaiter=node;elset.nextWaiter=node;

lastWaiter=node;returnnode;

}

这步操作是插入结点的准备工作，那么确保了尾结点的状态也是CONDITION之后，就会新建一个node结点将当前线程包装起来然后放入条件队列尾部。注意，这个过程只是将结点添加到同步队列尾部而没有挂起线程哦。

第二步：完全将锁释放

//完全释放锁

final intfullyRelease(Node node) {boolean failed = true;try{//获取当前的同步状态

int savedState =getState();//使用当前的同步状态去释放锁

if(release(savedState)) {

failed= false;//如果释放锁成功就返回当前同步状态

returnsavedState;

}else{throw newIllegalMonitorStateException();

}

}finally{//保证没有成功释放锁就将该结点设置为取消状态

if(failed)

node.waitStatus=Node.CANCELLED;

}

//释放锁的操作(独占模式)

public final boolean release(intarg) {//拨动密码锁, 看看是否能够开锁

if(tryRelease(arg)) {//获取head结点

Node h =head;//如果head结点不为空并且等待状态不等于0就去唤醒后继结点

if (h != null && h.waitStatus != 0)

unparkSuccessor(h);return true;

}return false;

}

//唤醒后继结点

private voidunparkSuccessor(Node node) {//获取给定结点的等待状态

int ws =node.waitStatus;//将等待状态更新为0

if (ws < 0)

compareAndSetWaitStatus(node, ws,0);//获取给定结点的后继结点

Node s =node.next;//后继结点为空或者等待状态为取消状态

if (s == null || s.waitStatus > 0) {

s= null;//从后向前遍历队列找到第一个不是取消状态的结点

for (Node t = tail; t != null && t != node; t =t.prev)if (t.waitStatus <= 0)

s=t;

}//唤醒给定结点后面首个不是取消状态的结点

if (s != null)

LockSupport.unpark(s.thread);

}

将当前线程包装成结点添加到条件队列尾部后，紧接着就调用fullyRelease方法释放锁。注意，方法名为fullyRelease也就这步操作会完全的释放锁，因为锁是可重入的，所以在进行条件等待前需要将锁全部释放了，不然的话别人就获取不了锁了。如果释放锁失败的话就会抛出一个运行时异常，如果成功释放了锁的话就返回之前的同步状态。

第三步：进行条件等待

//线程一直在while循环里进行条件等待

final booleanisOnSyncQueue(Node node) {if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null)return false;if (node.next != null) //If has successor, it must be on queue

return true;returnfindNodeFromTail(node);

}

//线程一直在while循环里进行条件等待

LockSupport.park(this);//当前线程醒来后立马检查是否被中断, 如果是则代表结点取消条件等待, 此时需要将结点移出条件队列

if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) {break;

}

}//检查条件等待时的线程中断情况

private intcheckInterruptWhileWaiting(Node node) {//中断请求在signal操作之前：THROW_IE//中断请求在signal操作之后：REINTERRUPT//期间没有收到任何中断请求：0

return Thread.interrupted() ? (transferAfterCancelledWait(node) ? THROW_IE : REINTERRUPT) : 0;

}

//将取消条件等待的结点从条件队列转移到同步队列中

final booleantransferAfterCancelledWait(Node node) {//如果这步CAS操作成功的话就表明中断发生在signal方法之前

if (compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) {//状态修改成功后就将该结点放入同步队列尾部

enq(node);return true;

}//到这里表明CAS操作失败, 说明中断发生在signal方法之后

while (!isOnSyncQueue(node)) {//如果sinal方法还没有将结点转移到同步队列, 就通过自旋等待一下

Thread.yield();

}return false;

}

在以上两个操作完成了之后就会进入while循环，可以看到while循环里面首先调用LockSupport.park(this)将线程挂起了，所以线程就会一直在这里阻塞。在调用signal方法后仅仅只是将结点从条件队列转移到同步队列中去，至于会不会唤醒线程需要看情况。

如果转移结点时发现同步队列中的前继结点已取消，或者是更新前继结点的状态为SIGNAL失败，这两种情况都会立即唤醒线程，否则的话在signal方法结束时就不会去唤醒已在同步队列中的线程，而是等到它的前继结点来唤醒。当然，线程阻塞在这里除了可以调用signal方法唤醒之外，线程还可以响应中断，如果线程在这里收到中断请求就会继续往下执行。

可以看到线程醒来后会马上检查是否是由于中断唤醒的还是通过signal方法唤醒的，如果是因为中断唤醒的同样会将这个结点转移到同步队列中去，只不过是通过调用transferAfterCancelledWait方法来实现的。最后执行完这一步之后就会返回中断情况并跳出while循环。

第四步：结点移出条件队列后的操作

//1.线程醒来后就会以独占模式获取锁并检查是否被中断

if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode !=THROW_IE)

interruptMode=REINTERRUPT;//2.clean up if cancelled

if (node.nextWaiter != null)//这步操作主要为防止线程在signal之前中断而导致没与条件队列断绝联系

unlinkCancelledWaiters();//3.根据中断模式进行响应的中断处理

if (interruptMode != 0)

reportInterruptAfterWait(interruptMode);

//结束条件等待后根据中断情况做出相应处理

private void reportInterruptAfterWait(intinterruptMode)throwsInterruptedException {//如果中断模式是THROW_IE就抛出异常

if (interruptMode ==THROW_IE)throw newInterruptedException();//如果中断模式是REINTERRUPT就自己挂起

else if (interruptMode ==REINTERRUPT)

selfInterrupt();

}

当线程终止了while循环也就是条件等待后，就会回到同步队列中。不管是因为调用signal方法回去的还是因为线程中断导致的，结点最终都会在同步队列中。这时就会调用acquireQueued方法执行在同步队列中获取锁的操作，这个方法我们在独占模式这一篇已经详细的讲过。

也就是说，结点从条件队列出来后又是乖乖的走独占模式下获取锁的那一套，等这个结点再次获得锁之后，就会调用reportInterruptAfterWait方法来根据这期间的中断情况做出相应的响应。如果中断发生在signal方法之前，interruptMode就为THROW_IE，再次获得锁后就抛出异常；如果中断发生在signal方法之后，interruptMode就为REINTERRUPT，再次获得锁后就重新中断。

2.不响应线程中断的条件等待

//不响应线程中断的条件等待

public final voidawaitUninterruptibly() {//将当前线程添加到条件队列尾部

Node node =addConditionWaiter();//完全释放锁并返回当前同步状态

int savedState =fullyRelease(node);boolean interrupted = false;//结点一直在while循环里进行条件等待

while (!isOnSyncQueue(node)) {//条件队列中所有的线程都在这里被挂起

LockSupport.park(this);//线程醒来发现中断并不会马上去响应

if(Thread.interrupted())

interrupted= true;

}if (acquireQueued(node, savedState) ||interrupted)//在这里响应所有中断请求, 满足以下两个条件之一就会将自己挂起//1.线程在条件等待时收到中断请求//2.线程在acquireQueued方法里收到中断请求

selfInterrupt();

}

//以不可中断方式获取锁(独占模式)

final boolean acquireQueued(final Node node, intarg) {boolean failed = true;try{boolean interrupted = false;for(;;) {//获取给定结点的前继结点的引用

final Node p =node.predecessor();//如果当前结点是同步队列的第一个结点, 就尝试去获取锁

if (p == head &&tryAcquire(arg)) {//将给定结点设置为head结点

setHead(node);//为了帮助垃圾收集, 将上一个head结点的后继清空

p.next = null; //help GC//设置获取成功状态

failed = false;//返回中断的状态, 整个循环执行到这里才是出口

returninterrupted;

}//否则说明锁的状态还是不可获取, 这时判断是否可以挂起当前线程//如果判断结果为真则挂起当前线程, 否则继续循环,//在这期间线程不响应中断

if(shouldParkAfterFailedAcquire(p, node)//挂起当前线程

&&parkAndCheckInterrupt())

interrupted= true;

}

}finally{//在最后确保如果获取失败就取消获取

if(failed)

cancelAcquire(node);

}

3.设置相对时间的条件等待(进行自旋)

//设置定时条件等待(相对时间), 进行自旋等待

public final long awaitNanos(longnanosTimeout)throwsInterruptedException {//如果线程被中断则抛出异常

if(Thread.interrupted())throw newInterruptedException();//将当前线程添加到条件队列尾部

Node node =addConditionWaiter();//在进入条件等待之前先完全释放锁

int savedState =fullyRelease(node);final long deadline = System.nanoTime() +nanosTimeout;int interruptMode = 0;while (!isOnSyncQueue(node)) {//判断超时时间是否用完了

if (nanosTimeout <= 0L) {//如果已超时就需要执行取消条件等待操作

transferAfterCancelledWait(node);break;

}//将当前线程挂起一段时间, 线程在这期间可能被唤醒, 也可能自己醒来

if (nanosTimeout >=spinForTimeoutThreshold)

LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);//线程醒来后先检查中断信息

if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)break;

nanosTimeout= deadline -System.nanoTime();

}//线程醒来后就会以独占模式获取锁

if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode !=THROW_IE)

interruptMode=REINTERRUPT;if (node.nextWaiter != null)

unlinkCancelledWaiters();if (interruptMode != 0)

reportInterruptAfterWait(interruptMode);//返回剩余时间

return deadline -System.nanoTime();

}

//将取消条件等待的结点从条件队列转移到同步队列中

final booleantransferAfterCancelledWait(Node node) {//如果这步CAS操作成功的话就表明中断发生在signal方法之前

if (compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) {//状态修改成功后就将该结点放入同步队列尾部

enq(node);return true;

}//到这里表明CAS操作失败, 说明中断发生在signal方法之后

while (!isOnSyncQueue(node))//如果sinal方法还没有将结点转移到同步队列, 就通过自旋等待一下

Thread.yield();return false;

}

4.设置相对时间的条件等待(进行自旋)

//设置定时条件等待(相对时间), 进行自旋等待

public final boolean await(longtime, TimeUnit unit)throwsInterruptedException {//获取超时时间的毫秒数

long nanosTimeout =unit.toNanos(time);//如果线程被中断则抛出异常

if(Thread.interrupted())throw newInterruptedException();//将当前线程添加条件队列尾部

Node node =addConditionWaiter();//在进入条件等待之前先完全释放锁

int savedState =fullyRelease(node);final long deadline = System.nanoTime() +nanosTimeout;boolean timedout = false;int interruptMode = 0;while (!isOnSyncQueue(node)) {//如果超时就需要执行取消条件等待操作

if (nanosTimeout <= 0L) {

timedout=transferAfterCancelledWait(node);break;

}//如果超时时间大于自旋时间, 就将线程挂起一段时间

if (nanosTimeout >=spinForTimeoutThreshold)

LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);//线程醒来后先检查中断信息

if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)break;

nanosTimeout= deadline -System.nanoTime();

}if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode !=THROW_IE)

interruptMode=REINTERRUPT;if (node.nextWaiter != null)

unlinkCancelledWaiters();if (interruptMode != 0)

reportInterruptAfterWait(interruptMode);//返回是否超时标志

return !timedout;

}

5.设置绝对时间的条件等待

//设置定时条件等待(绝对时间)

public final booleanawaitUntil(Date deadline)throwsInterruptedException {//获取绝对时间的毫秒数

long abstime =deadline.getTime();//如果线程被中断则抛出异常

if(Thread.interrupted())throw newInterruptedException();//将当前线程添加到条件队列尾部

Node node =addConditionWaiter();//在进入条件等待之前先完全释放锁

int savedState =fullyRelease(node);boolean timedout = false;int interruptMode = 0;while (!isOnSyncQueue(node)) {//如果超时就需要执行取消条件等待操作

if (System.currentTimeMillis() >abstime) {

timedout=transferAfterCancelledWait(node);break;

}//将线程挂起一段时间, 期间线程可能被唤醒, 也可能到了点自己醒来

LockSupport.parkUntil(this, abstime);//线程醒来后先检查中断信息

if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)break;

}//线程醒来后就会以独占模式获取锁

if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode !=THROW_IE)

interruptMode=REINTERRUPT;//由于transferAfterCancelledWait方法没有把nextWaiter置空, 所有这里要再清理一遍

if (node.nextWaiter != null)

unlinkCancelledWaiters();//根据中断模式进行响应的中断处理

if (interruptMode != 0)

reportInterruptAfterWait(interruptMode);//返回是否超时标志

return !timedout;

}

6.唤醒条件队列中的头结点

//唤醒条件队列中的下一个结点

public final voidsignal() {//判断当前线程是否持有锁

if (!isHeldExclusively())throw newIllegalMonitorStateException();

Node first=firstWaiter;if (first != null)//唤醒条件队列中的头结点

doSignal(first);

}

//唤醒条件队列中的头结点

private voiddoSignal(Node first) {do{//1.将firstWaiter引用向后移动一位

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

lastWaiter= null;//2.将头结点的后继结点引用置空

first.nextWaiter = null;//3.将头结点转移到同步队列, 转移完成后有可能唤醒线程//4.如果transferForSignal操作失败就去唤醒下一个结点

} while (!transferForSignal(first) &&(first= firstWaiter) != null);

}

//将指定结点从条件队列转移到同步队列中

final booleantransferForSignal(Node node) {/** If cannot change waitStatus, the node has been cancelled.*/

//将等待状态从CONDITION设置为0

if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))//如果更新状态的操作失败就直接返回false//可能是transferAfterCancelledWait方法先将状态改变了, 导致这步CAS操作失败

return false;//将该结点添加到同步队列尾部

Node p =enq(node);int ws =p.waitStatus;if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))//出现以下情况就会唤醒当前线程//1.前继结点是取消状态//2.更新前继结点的状态为SIGNAL操作失败

LockSupport.unpark(node.thread);return true;

}

可以看到signal方法最终的核心就是去调用transferForSignal方法，在transferForSignal方法中首先会用CAS操作将结点的状态从CONDITION设置为0，然后再调用enq方法将该结点添加到同步队列尾部。

我们再看到接下来的if判断语句，这个判断语句主要是用来判断什么时候会去唤醒线程，出现这两种情况就会立即唤醒线程，一种是当发现前继结点的状态是取消状态时，还有一种是更新前继结点的状态失败时。

这两种情况都会马上去唤醒线程，否则的话就仅仅只是将结点从条件队列中转移到同步队列中就完了，而不会立马去唤醒结点中的线程。signalAll方法也大致类似，只不过它是去循环遍历条件队列中的所有结点，并将它们转移到同步队列，转移结点的方法也还是调用transferForSignal方法。

7.唤醒条件队列的所有结点

//唤醒条件队列后面的全部结点

public final voidsignalAll() {//判断当前线程是否持有锁

if (!isHeldExclusively())throw newIllegalMonitorStateException();

Node first=firstWaiter;if (first != null)//唤醒条件队列的所有结点

doSignalAll(first);

}