从零深究AQS中的Condition接口：庖丁解牛，探寻同步与通信的奥秘
2024-01-04 02:17:59
逐行分析AQS源码（4）——Condition接口实现
引言
在分布式系统中，线程间的同步与通信至关重要，它直接影响着系统的可靠性和性能。在Java并发编程中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是一种重要的同步器，它提供了灵活且高效的同步机制。在AQS中，Condition接口扮演着至关重要的角色，它允许线程在满足特定条件时等待或被唤醒。
在本文中，我们将深入剖析AQS中的Condition接口，逐行分析其实现，探寻其内部机制，以全面了解它在同步和通信中的作用。通过对AQS源码的深入解析，我们将揭示Condition接口背后的原理，从而更好地掌握并发编程的精髓。
Condition接口方法概述
Condition接口定义了一组用于线程等待和唤醒的方法，包括：
await(): 使调用线程进入等待状态，直到其他线程调用signal()或signalAll()方法唤醒它。await(long, TimeUnit): 使调用线程进入等待状态，直到其他线程调用signal()或signalAll()方法唤醒它，或等待指定的时间后自动唤醒。awaitUntil(Date): 使调用线程进入等待状态，直到其他线程调用signal()或signalAll()方法唤醒它，或等待到指定的时间后自动唤醒。signal(): 唤醒一个在调用await()方法后进入等待状态的线程。signalAll(): 唤醒所有在调用await()方法后进入等待状态的线程。
Condition接口的实现
AQS中的Condition接口由AbstractQueuedSynchronizer类实现，下面我们将逐行分析其实现代码：
public class AbstractQueuedSynchronizer {
// 条件队列
private final ConditionObject conditions;
protected AbstractQueuedSynchronizer() {
conditions = new ConditionObject();
}
public Condition newCondition() {
return conditions.newCondition();
}
// condition对象
private class ConditionObject {
private Node firstWaiter;
private Node lastWaiter;
private ConditionObject() { }
public Condition newCondition() {
return new Condition();
}
public ConditionObject firstWaiter() {
return firstWaiter;
}
public ConditionObject lastWaiter() {
return lastWaiter;
}
}
public class Condition implements Condition {
// 条件的等待队列
private Node firstWaiter;
private Node lastWaiter;
private Condition() { }
public void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException();
Node node = addConditionWaiter();
for (;;) {
Node pred = node.predecessor;
if (pred == null || node.waitStatus != Node.CONDITION) {
// 唤醒
if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, Node.SIGNAL)) {
continue;
}
signal();
break;
} else if (!compareAndSetWaitStatus(pred, Node.SIGNAL, Node.PROPAGATE)) {
// 传播唤醒
continue;
} else {
// 唤醒成功
break;
}
}
}
}
}
逐行解析
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ConditionObject类： 这是一个内部类，用于管理与Condition相关的等待队列。它维护了
firstWaiter和lastWaiter两个指针，分别指向等待队列的首尾节点。 -
newCondition()方法： 创建并返回一个新的Condition对象，它将被用于创建Condition队列并管理线程等待和唤醒。
-
Condition类： 这是一个内部类，实现了Condition接口。它维护了自己的等待队列
firstWaiter和lastWaiter。 -
await()方法： 当线程调用
await()方法时，它将进入等待状态，并被添加到等待队列中。该方法会检查线程是否被中断，如果是则抛出InterruptedException异常。然后，它将创建一个新的节点并将其添加到等待队列的尾部。 -
等待循环： 线程进入等待循环，不断检查其前驱节点是否为
null或其等待状态是否不再是CONDITION。如果满足这些条件之一，则表示线程已被唤醒，该方法将退出循环。 -
compareAndSetWaitStatus()方法： 该方法用于原子地更新节点的等待状态。它比较当前节点的等待状态是否与预期值相同，如果是则更新为新值并返回
true，否则返回false。 -
signal()方法： 当线程调用
signal()方法时，它将唤醒一个在等待队列中的线程。该方法会遍历等待队列，找到第一个处于CONDITION状态的节点，并将其等待状态更新为SIGNAL。然后，它会唤醒该线程。 -
signalAll()方法： 该方法与
signal()方法类似，但它会唤醒等待队列中的所有线程。它会遍历整个等待队列，将所有处于CONDITION状态的节点的等待状态更新为SIGNAL，并唤醒所有这些线程。
结论
通过对AQS中Condition接口的逐行分析，我们深入了解了其内部实现机制。Condition接口通过使用等待队列和原子操作来管理线程等待和唤醒，从而在同步和通信中发挥着至关重要的作用。了解Condition接口的原理对于掌握并发编程和构建可靠、高性能的分布式系统至关重要。
