入门AQS锁 - Condition与LockSupport

Posted 2023-04-18

参考技术A 在 第一章节 中，我们已经初步接触了ReentrantLock独占锁与Condition接口，并且学习了ReentrantLock与Synchronized关键字的联系与区别，以及Condition接口中3个比较重要的方法的含义与用法。
在本章节中，我们将对第一章节介绍的Condition接口进行更加深入的学习，从而理解由LockSupport提供的更为“先进”的线程间通信是如何在AQS锁中进行运用的。

经过前面的学习，我们已经了解了通过Condition对象能够实现唤醒“特定”阻塞线程的工作。下面是一个ReentrantLock与Condition构建的并发示例。通过这个示例来加深和巩固我们对唤醒“特定”阻塞线程的认识。

上例中，3个不同的线程在3个不同的Condition对象上阻塞。然后逐一被唤醒。线程之间的通信互相独立，互不干扰。
可见，使用Condition对象，线程的同步操作，是以“线程”为单位的。而Sychronized，Object.wait()，Object.notify()则是以监视器（锁）为单位对线程进行同步操作的。

那么，Condition是如何做到以线程为单位，对线程进行同步操作的呢？要弄明白这个问题，就需要引入下面的LockSupport的相关知识了。

在上面的例子中，我们利用Condition.await()对线程进行了阻塞操作。接下来我们通过源码来分析await()到底做了哪些事情。

经过分析与整理，我们将await()方法实现的处理归纳为以下4条。
**1. ConditionObject对象也维护了一个条件队列。

现在，可能你会对第四条处理感到疑惑。不用着急，当分析完singnal方法的具体实现细节以后，你的疑惑将得到解决。
定义在ConditionObject中的signal方法的源码如下：

经过分析与整理，我们将signal()方法实现的处理归纳为以下2条。
**1. 将条件等待队列中的头节点移除，队列firstWaiter指向下一位节点对象。

无论是公平或非公平锁，一旦线程主动调用await()阻塞后，它就失去了在队列中的位置。当线程被唤醒时，该线程必须按照FIFO原则进行重新排队。也就是说，即使是非公平锁的线程，在被唤醒后，也需按照FIFO原则，等到前面的节点都处理完成后，自己才能被唤醒从而进入就绪状态。

现在，你是否理解了之前await()方法中的第四条处理的原因了？
当第一次调用await()对线程进行阻塞时，当前线程会首先调用park()进入阻塞，并且加入到条件等待队列中。当某个线程调用此Condition对象的signal时，等待队列中的firstWaiter(第一个阻塞对象)会被加入到AQS锁的CLH队列中。
注意，由于新获取到锁，调用await()的外部线程与本身处在CLH队列，由于某个线程释放锁，而被唤醒的阻塞线程，都有可能执行!isOnSyncQueue(node)判断。
所以，!isOnSyncQueue(node)就是用来判断当前线程是否在CLH队列，来确定当前线程是被唤醒的线程，还是获取到锁的外部线程的。

面试 LockSupport.park()会释放锁资源吗？

（手机横屏看源码更方便）

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引子

大家知道，我最近在招人，今天遇到个同学，他的源码看过一些，然后我就开始了AQS连环问。

我：说说AQS的大致流程？

他：AQS包含一个状态变量，一个同步队列……balabala……互斥锁balabala，共享锁balabala……

我：AQS中除了同步队列，还有什么队列？

他：还有个Condition，Condition中有个条件队列……

我：条件队列和同步队列有什么区别？

他：条件队列balabala，然后调用LockSupport.park()进入休眠，等待被唤醒，……，balabala

咦，这时我灵感突发：LockSupport.park()和Thread.sleep()有什么区别？

他：Thread.sleep()不会释放锁资源，……，balabala

我：LockSupport.park()会释放锁资源吗？

他：会吧。（估计和Object.wait()搞混淆了）

我：会吗？会吗？会吗？

他（羞涩地低下了头）：彤哥，不知道，你的文章里没写。（这段我瞎写的哈^^）

OK，今天我们就来看看LockSupport.park()到底会不会释放锁资源。

Thread.sleep()和Object.wait()的区别

首先，我们先来看看Thread.sleep()和Object.wait()的区别，这是一个烂大街的题目了，大家应该都能说上来两点。

（1）Thread.sleep()不会释放占有的锁，Object.wait()会释放占有的锁；

（2）Thread.sleep()必须传入时间，Object.wait()可传可不传，不传表示一直阻塞下去；

（3）Thread.sleep()到时间了会自动唤醒，然后继续执行；

（4）Object.wait()不带时间的，需要另一个线程使用Object.notify()唤醒；

（5）Object.wait()带时间的，假如没有被notify，到时间了会自动唤醒，这时又分好两种情况，一是立即获取到了锁，线程自然会继续执行；二是没有立即获取锁，线程进入同步队列等待获取锁；

其实，他们俩最大的区别就是Thread.sleep()不会释放锁资源，Object.wait()会释放锁资源。

Thread.sleep()和Condition.await()的区别

我们再来看看Thread.sleep()和Condition.await()的区别。

其实，这个题目和上面的题目比较类似，因为本来Object.wait()和Condition.await()的原理就比较类似，可以参考之前彤哥写的《死磕 java线程系列之线程的生命周期》之篇文章。

这个题目的回答思路跟Object.wait()是基本一致的，不同的是Condition.await()底层是调用LockSupport.park()来实现阻塞当前线程的。

实际上，它在阻塞当前线程之前还干了两件事，一是把当前线程添加到条件队列中，二是“完全”释放锁，也就是让state状态变量变为0，然后才是调用LockSupport.park()阻塞当前线程，可以参考之前彤哥写的《死磕 java同步系列之ReentrantLock源码解析（二）——条件锁》这篇文章。

看到这里，今天开篇提的那个问题是不是就有答案了呢【本文由公从号“彤哥读源码”原创】？

Thread.sleep()和LockSupport.park()的区别

LockSupport.park()还有几个兄弟方法——parkNanos()、parkUtil()等，我们这里说的park()方法统称这一类方法。

（1）从功能上来说，Thread.sleep()和LockSupport.park()方法类似，都是阻塞当前线程的执行，且都不会释放当前线程占有的锁资源；

（2）Thread.sleep()没法从外部唤醒，只能自己醒过来；

（3）LockSupport.park()方法可以被另一个线程调用LockSupport.unpark()方法唤醒；

（4）Thread.sleep()方法声明上抛出了InterruptedException中断异常，所以调用者需要捕获这个异常或者再抛出；

（5）LockSupport.park()方法不需要捕获中断异常；

（6）Thread.sleep()本身就是一个native方法；

（7）LockSupport.park()底层是调用的Unsafe的native方法；

Object.wait()和LockSupport.park()的区别

二者都会阻塞当前线程的运行，他们有什么区别呢？经过上面的分析相信你一定很清楚了，真的吗？往下看！

（1）Object.wait()方法需要在synchronized块中执行；

（2）LockSupport.park()可以在任意地方执行；

（3）Object.wait()方法声明抛出了中断异常，调用者需要捕获或者再抛出；

（4）LockSupport.park()不需要捕获中断异常【本文由公从号“彤哥读源码”原创】；

（5）Object.wait()不带超时的，需要另一个线程执行notify()来唤醒，但不一定继续执行后续内容；

（6）LockSupport.park()不带超时的，需要另一个线程执行unpark()来唤醒，一定会继续执行后续内容；

（7）如果在wait()之前执行了notify()会怎样？抛出IllegalMonitorStateException异常；

（8）如果在park()之前执行了unpark()会怎样？线程不会被阻塞，直接跳过park()，继续执行后续内容；

最后两点是不是没想到？！

其实，在《死磕 java线程系列之自己动手写一个线程池（续）》这篇文章里代码注释里稍微提到过unpark()这个方法，它先执行，则后续的park()方法将不再起作用。

park()/unpark()底层的原理是“二元信号量”，你可以把它相像成只有一个许可证的Semaphore，只不过这个信号量在重复执行unpark()的时候也不会再增加许可证，最多只有一个许可证。

关于信号量的内容，可以参考《死磕 java同步系列之Semaphore源码解析》这篇文章。

LockSupport.park()会释放锁资源吗？

不会，它只负责阻塞当前线程，释放锁资源实际上是在Condition的await()方法中实现的。

彩蛋

好了，上面我们交叉对比了Thread.sleep()、Object.wait()、Condition.await()、LockSupport.park()的区别。

让我们用一张思维导图结束今天的内容。

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