java并发-AQS.ObjectCondition源码解析

1 什么是条件队列

       它使得一组线程能够通过某种方式来等待特定的条件变成真，条件队列的元素是一个个正在等待状态的线程。对象的内置锁（synchronized语义对应的同步机制），关联着一个内置的条件队列。Object的wait/notify/notifyAll等方法构成了内部条件队列的API（即将内部锁与内部条件队列关联的机制）。 内部条件队列是需要内置锁保护的，即：需要调用对象X中的条件队列，必须持有对象X上的锁。这是因为状态处于并发环境下，“等待依赖状态的某个条件”与“维护状态的一致性”是绑定在一起的。

      条件队列提供了一种挂起方式，当某个线程等待的条件非真时，挂起自己并释放锁，一旦等待条件为真，则立即醒来。这也是条件队列提供的主要功能。

2 显式条件队列

      与内置锁对应的是显式锁，显式锁关联的条件队列是显式条件队列。内置锁的局限表现在每个内置锁只能关联一个条件队列，当线程需要等待多个条件时，则需要同时获取多个内置锁。 显式锁可以与多个条件队列关联，Condition是显式锁的条件队列，它是Object的wait/notify/notifyAll等方法的扩展。提供了在一个对象上设置多个等待集合的功能，即一个对象上设置多个等待条件。

     Condition也称为条件队列，与内置锁关联的条件队列类似，它是一种广义的内置条件队列。它提供给线程一种方式使得该线程在调用wait方法后执行挂起操作，直到线程等待的某个条件为真时被唤醒。 条件队列必须跟锁一起使用，因为对共享状态变量的访问发生在多线程环境下，原理与内部条件队列一样。一个Condition的实例必须跟一个Lock绑定。因此， Condition一般作为Lock的内部类现。

       AQS对条件队列的实现类图如下，它维护了一个双向链表表示的队列。

3 条件队列的节点状态

      调用条件队列的等待操作，会设置节点的waitingStatus为Condition，标识当前节点正处于条件队列中。条件队列的节点状态转换图如下：

         Node的各个状态的主要作用：Cancelled主要是解决线程在持有锁时被外部中断的逻辑，AQS的可中断锁获取方法lockInterrutible()是基于该状态实现的。显式锁必须手动释放锁，尤其是有中断的环境中，一个线程被中断可能仍然持有锁，所以必须注意在finally中unlock。Condition则是支持条件队列的等待操作，是Lock与条件队列关联的基础。Signal是阻塞后继线程的标识，一个等待线程只有在其前驱节点的状态是SIGNAL时才会被阻塞，否则一直执行自旋尝试操作，以减少线程调度的开销。

4 等待和唤醒操作

        条件队列上的等待和唤醒操作，本质上是节点在AQS线程等待队列和条件队列之间相互转移的过程，当需要等待某个条件时，线程会将当前节点添加到条件队列中，并释放持有锁；当某个线程执行条件队列的唤醒操作，则会将条件队列的节点转移到AQS等待队列。每个Condition就是一个条件队列，可以通过Lock的newCondition创建多个等待条件。AQS的条件队列，它的等待和唤起操作流程如下：

         结论：显式条件队列弥补了内置条件队列只能关联一个条件的缺陷，同时继承了Lock对象的公平性。在Condition对象中，与Object的wait/notify/notifyAll对应的扩展方法是await/signal/signallAll，同时它也具有Object的这三个方法，所以使用的时候需要注意使用版本的正确。另外，显式锁必须遵从特定的使用规范，先lock，然后再在finally中unlock，以确保锁必然会被正确释放。

        此外，AQS的两个队列都是链表队列，类的方法代码都相当简洁，尤其是节点移除队列操作过程中，都及时释放了所占内存。读源码，可以学习到一种编码的严谨性思想，锻炼自己关注GC的意识。这是我见到过的第三处及时释放GC的的代码了。从最初的ArrayList的元素remove中，然后是HashMap的动态扩容数组转移操作，最近看AQS的元素唤醒和锁释放操作。关注GC的确是最近开始形成的一种编程意识。