深入浅出多线程——ReentrantLock

Posted 2020-10-16 我本沉默

本文章从源码的角度分析了ReentrantLock辅助工具类Condition类的基本原理。

　　

 　　深入浅出多线程——ReentrantLock (一)文章中介绍了该类的基本使用，以及在源码的角度分析lock()、unlock()方法。这次打算在此基础上介绍另一个极为重要的方法newCondition()，其实这类已经不属于ReentrantLock的范畴了，是java.util.concurrent.locks.Condition接口的一个实现，位于AbstractQueuedSynchronizer（简称：AQS）中的内部类ConditionObject。

 

　　该类提供了await*()、signal*()等方法。本次只对await()、signal()方法在源码的角度进行解析。

原理分析

await()方法分析

ConditionObject.await()

 1         public final void await() throws InterruptedException {
 2             if (Thread.interrupted())
 3                 throw new InterruptedException();
 4             Node node = addConditionWaiter();
 5             int savedState = fullyRelease(node);
 6             int interruptMode = 0;
 7             while (!isOnSyncQueue(node)) {
 8                 LockSupport.park(this);
 9                 if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
10                     break;
11             }
12             if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
13                 interruptMode = REINTERRUPT;
14             if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
15                 unlinkCancelledWaiters();
16             if (interruptMode != 0)
17                 reportInterruptAfterWait(interruptMode);
18         }

　　1、判断线程是否被中断，如果被中断则抛出 InterruptedException。

　　2、调用了addConditionWaiter()方法，将当前线程添加到等待队列中。

　　3、第5行，调用fullyRelease(Node)方法，尝试释放当前线程并返回释放前的state值。

　　4、第7行，while循环条件为isOnSyncQueue(Node) 取反，也就是说该方法必须返回false才能进入循环体。进入后调用LockSupport.park()挂起当前线程。

　　5、等待调用signal()方法，将其加入同步队列等待调度到。调度到后，线程接着往下走，因为此时已经在同步队列中，while循环跳出。

　　6、来到第12行，尝试将state的值还原到await之前，如果还原成功，则线程继续往下走。如果不成功说明再此期间，已经被其他线程占用，则继续等待。

　　7、如果当前等待的节点有下游等待节点，在进行清理被取消的等待节点。

　　8、方法执行完毕后，则继续执行线程的业务，直至调用到unlock()。

ConditionObject.addConditionWaiter()

 1         private Node addConditionWaiter() {
 2             Node t = lastWaiter;
 3             // If lastWaiter is cancelled, clean out.
 4             if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
 5                 unlinkCancelledWaiters();
 6                 t = lastWaiter;
 7             }
 8             Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
 9             if (t == null)
10                 firstWaiter = node;
11             else
12                 t.nextWaiter = node;
13             lastWaiter = node;
14             return node;
15         }

　　1、判断lastWaiter是否为有效状态，如果无效，执行unlinkCancelledWaiters()方法，将其无效的节点清理掉。将当前线程设置为一个node，waitStatus值为-2。

　　2、判断lastWaiter是否为null，如果为null代表队列为空，那么将创建的node赋值到队列的firstWaiter属性上，如果不为null，则链接到队列最后一个node的下游（因为第一次调用await()方法，此时lastWaiter肯定为空）。然后将队列的lastWaiter属性设置为新建的node。

Condition.fullyRelease(Node)

    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;
        }
    }

　　1、获取当前线程的state值、然后调用AQS.release(int)尝试释放当前线程，如果释放成功则返回线程state。
有关AQS.relase(int)方法的分析，已经在前一篇文章中进行详细说明。如需查看请点击

　　2、如果没有释放成功，则抛出异常 IllegalMonitorStateException，并且将node.waitStatus状态设置为取消。

AbstractQueuedSynchronizer.isOnSyncQueue(Node)

1     final boolean isOnSyncQueue(Node node) {
2         if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null)
3             return false;
4         if (node.next != null) // If has successor, it must be on queue
5             return true;
6 
7         return findNodeFromTail(node);
8     }

　　这个方法从字面意思为当前节点是否在同步列队中，如果在则返回true。这个地方个人表示挺难理解的，在这里我尽量用通俗易懂的方式进行阐述。

　　1、第2行，判断当前node的waitStatus值是否为-2（await()）或者node.prev是否为null，两者满足其一就返回false。判断node的waitStatus的值是否为-2很好理解，调用了await后，第一次来到这个方法，肯定是成立的。判断node.prev是否为null，这个地方是比价绕的，第一次进来同样为null。在什么时候这个条件不成立呢？当时看的时候就有点头晕，于是就开启联想模式，终于有了点思路，就是说调用await()方法的线程一定处于同步列队的head，此时他的prev一定是null，在看过signal()方法后，看到线程被其唤醒时需要重新加入同步队列。这时只能放到队列的末尾，node.prev就被指向了他的上游节点。

　　2，当第一个判断全部不成立时，接着执行了第二个判断，node.next是否为null，不为null则返回true。这个地方是他已经处于了同步队列，并且已经有了下游节点。

　　3，前两个判断都不满足的情况下直接调用了findNodeFromTail(node)，字面意思是从队列的末尾查找node，什么情况下会调用到这个方法呢？node本身就处于末尾时调用。

 signal()方法分析

ConditionObject.signal()

1         public final void signal() {
2             if (!isHeldExclusively())
3                 throw new IllegalMonitorStateException();
4             Node first = firstWaiter;
5             if (first != null)
6                 doSignal(first);
7         }

 　　获取到第一个等待者，如果不为null则执行doSignal(Node)

ConditionObject.doSignal(Node)

1         private void doSignal(Node first) {
2             do {
3                 if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
4                     lastWaiter = null;
5                 first.nextWaiter = null;
6             } while (!transferForSignal(first) &&
7                      (first = firstWaiter) != null);
8         }

 　　1、进入do-while循环体，判断first.nextWaiter是否为null，如果为null则将lastWaiter置为null。

　　 2、紧接着进入while条件，继续循环的条件为调用transferForSignal(Node)返回false，并且firstWaiter不为null。

AbstractQueuedSynchronizer.transferForSignal(Node)

 1     final boolean transferForSignal(Node node) {
 2 
 3         if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
 4             return false;
 5 
 6         Node p = enq(node);
 7         int ws = p.waitStatus;
 8         if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
 9             LockSupport.unpark(node.thread);
10         return true;
11     }

　　1、首先将当前node的waitStatus的值由-2设置为0，并判断是否返回false。如果返回false，则说明该线程被取消。

　　2、调用熟悉的enq(Node)方法，把当前node拼接到同步列队中并返回node上游节点p。

　　3、此时p的waitStatus等于0。所以直接进入第二个判断条件，将p的waitStatus从0设置为-1。如果此时设置失败后，将直接当前node解锁。设置失败的前提个人理解为：p处于运行中，也就是说调用了LockSupport.unpark(p.thread)，还有一种情况就是线程被取消。

　总结

　　　1、Condition提供了一套线程等待及唤醒机制，与之匹配为Object.wait/notify等方法。但后者的使用条件为synchronized，不能直接在ReentrantLock中应用。

　　　2、Condition可以在一个lock对象中存在多个，灵活方便。

　　　3、ConditionObject类中也存在了大量的AQS操作，同样说明AQS是同步框架的基础框架。