AQS之Condition刨根问底拦不住~

文章介绍了Java中的Condition概念,作为Lock接口的一部分,它提供了比synchronized更细粒度的线程同步机制。通过Condition,线程可以在满足特定条件时等待,而其他线程可以通过signal和signalAll方法唤醒等待的线程。文中通过上厕所的例子和一个生产者消费者模型展示了Condition的使用场景,并解析了await、signal和signalAll方法的工作原理。此外,还提到了AQS同步队列和Condition条件队列的区别。

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相关注释源代码:https://github.com/lhj502819/jdk1.8-source-analysis

为什么会有Condition这个东东?

显示的Lock与synchronized的功效相同,都是为执行逻辑加锁。Object 的监视器方法:wait、notify、notifyAll 应该都不陌生,在多线程使用场景下,必须先使用 synchronized 获取到锁,然后才可以调用 Object 的 wait、notify。
Condition 的使用,相当于用 Lock 替换了 synchronized,然后用 Condition 替换 Object 的监视器方法。具体如何替代的下方将会一一解析。

使用场景

举一个贴近生活的例子吧,例如我们排队去上厕所,每个厕所有专门负责发放卫生纸的,我们通过排队最终获得了进入了厕所,但是不巧的是发现忘记带纸,遇到这种事情很无奈,但是也得接受这个事实,这时只能乖乖的出去等着发纸员拿纸来**(Condtion#await)**,但其他人也有没拿纸的,需要等着发纸员把纸给前边的人(也就是进入了Condition条件队列中等待),当然自己再出厕所去拿纸之前还要把锁释放掉,好让后面排队的人进来,在发纸员给了纸之后(条件满足Condition#signal)自己再去厕所门口排队(AQS同步队列),等待获取锁。

//Person线程
//上厕所,获取锁
person.lock();
//获取成功
//发现没带纸
//释放锁去等着发纸员发纸,进入条件队列
person.await();
//拿到纸了
//继续去厕所排队拉粑粑
=============================================
//发纸员线程
//从条件等待队列中叫来第一个人,发给他纸
paper.signal()

示例

### AQSCondition 的使用与原理详解 #### 1. Condition 的基本概念 ConditionJava 并发编程中的一个重要工具,它允许线程在特定条件下等待,直到其他线程满足条件后通知它们继续执行。Condition 必须与锁(Lock)关联使用,通常通过 `Lock.newCondition()` 方法创建[^3]。 #### 2. Condition 的实现原理 Condition 的实现基于同步器(AQS,AbstractQueuedSynchronizer)。每个 Condition 对象内部维护了一个双向链表队列,用于存储等待的线程。当调用 `await()` 方法时,当前线程会被加入到 Condition 的等待队列中,并释放锁;当调用 `signal()` 或 `signalAll()` 方法时,Condition 会将等待队列中的一个或所有线程转移到同步队列中,等待重新获取锁[^4]。 Condition 的核心逻辑由 `ConditionObject` 类实现,它是 AQS 的内部类。以下是 `ConditionObject` 的关键字段和方法: - **关键字段**: - `firstWaiter`:指向等待队列的第一个节点。 - `lastWaiter`:指向等待队列的最后一个节点。 - **关键方法**: - `await()`:使当前线程进入等待状态,并释放锁。 - `signal()`:唤醒等待队列中的一个线程,使其有机会重新获取锁。 - `signalAll()`:唤醒等待队列中的所有线程,使它们都有机会重新获取锁。 #### 3. Condition 的工作流程 以下是 Condition 的典型工作流程: - **await() 方法**: 1. 当前线程释放锁。 2. 将当前线程封装为一个节点(Node),并加入到 Condition 的等待队列中。 3. 当前线程进入等待状态,直到被唤醒、中断或超时[^4]。 - **signal() 方法**: 1. 从 Condition 的等待队列中移除第一个节点(即等待时间最长的线程)。 2. 将该节点加入到同步队列中,等待重新获取锁[^4]。 - **signalAll() 方法**: 1. 将 Condition 的等待队列中的所有节点都转移到同步队列中。 2. 所有等待的线程都有机会重新竞争锁[^4]。 #### 4. 示例代码 以下是一个简单的示例,展示了如何使用 Condition 实现线程间的等待与通知: ```java import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class ConditionExample { private final Lock lock = new ReentrantLock(); private final Condition condition = lock.newCondition(); private boolean isProduced = false; public void produce() throws InterruptedException { lock.lock(); try { System.out.println("Producer is producing..."); isProduced = true; condition.signal(); // 唤醒等待的消费者线程 } finally { lock.unlock(); } } public void consume() throws InterruptedException { lock.lock(); try { while (!isProduced) { System.out.println("Consumer is waiting..."); condition.await(); // 消费者线程进入等待状态 } System.out.println("Consumer is consuming..."); isProduced = false; } finally { lock.unlock(); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ConditionExample example = new ConditionExample(); Thread producer = new Thread(() -> { try { example.produce(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); Thread consumer = new Thread(() -> { try { example.consume(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); consumer.start(); Thread.sleep(100); // 确保消费者先启动 producer.start(); } } ``` #### 5. Condition 与直接使用 lock/unlock 的区别 直接使用 `lock` 和 `unlock` 进行等待和通知时,线程在等待期间不会释放锁,这可能导致死锁或其他问题。而 Condition 的 `await()` 方法会在等待时自动释放锁,`signal()` 方法则会唤醒等待的线程并允许其重新获取锁。 #### 6. 注意事项 - 调用 `await()`、`signal()` 和 `signalAll()` 方法时,必须持有相关的锁,否则会抛出 `IllegalMonitorStateException` 异常。 - `await()` 方法可能会因为虚假唤醒(spurious wakeup)而提前返回,因此建议在循环中使用条件判断[^4]。
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