ReentrantLock中條件鎖是什么

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)ReentrantLock中條件鎖是什么，小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

問題

（1）條件鎖是什么？

（2）條件鎖適用于什么場(chǎng)景？

（3）條件鎖的await()是在其它線程signal()的時(shí)候喚醒的嗎？

簡(jiǎn)介

條件鎖，是指在獲取鎖之后發(fā)現(xiàn)當(dāng)前業(yè)務(wù)場(chǎng)景自己無法處理，而需要等待某個(gè)條件的出現(xiàn)才可以繼續(xù)處理時(shí)使用的一種鎖。

比如，在阻塞隊(duì)列中，當(dāng)隊(duì)列中沒有元素的時(shí)候是無法彈出一個(gè)元素的，這時(shí)候就需要阻塞在條件notEmpty上，等待其它線程往里面放入一個(gè)元素后，喚醒這個(gè)條件notEmpty，當(dāng)前線程才可以繼續(xù)去做“彈出一個(gè)元素”的行為。

注意，這里的條件，必須是在獲取鎖之后去等待，對(duì)應(yīng)到ReentrantLock的條件鎖，就是獲取鎖之后才能調(diào)用condition.await()方法。

在java中，條件鎖的實(shí)現(xiàn)都在AQS的ConditionObject類中，ConditionObject實(shí)現(xiàn)了Condition接口，下面我們通過一個(gè)例子來進(jìn)入到條件鎖的學(xué)習(xí)中。

使用示例

public class ReentrantLockTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 聲明一個(gè)重入鎖
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 聲明一個(gè)條件鎖
Condition condition = lock.newCondition();
new Thread(()->{
try {
lock.lock(); // 1
try {
System.out.println("before await"); // 2
// 等待條件
condition.await(); // 3
System.out.println("after await"); // 10
} finally {
lock.unlock(); // 11
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
// 這里睡1000ms是為了讓上面的線程先獲取到鎖
Thread.sleep(1000);
lock.lock(); // 4
try {
// 這里睡2000ms代表這個(gè)線程執(zhí)行業(yè)務(wù)需要的時(shí)間
Thread.sleep(2000); // 5
System.out.println("before signal"); // 6
// 通知條件已成立
condition.signal(); // 7
System.out.println("after signal"); // 8
} finally {
lock.unlock(); // 9
}
}
}

上面的代碼很簡(jiǎn)單，一個(gè)線程等待條件，另一個(gè)線程通知條件已成立，后面的數(shù)字代表代碼實(shí)際運(yùn)行的順序，如果你能把這個(gè)順序看懂基本條件鎖掌握得差不多了。

源碼分析

ConditionObject的主要屬性

public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {
/** First node of condition queue. */
private transient Node firstWaiter;
/** Last node of condition queue. */
private transient Node lastWaiter;
}

可以看到條件鎖中也維護(hù)了一個(gè)隊(duì)列，為了和AQS的隊(duì)列區(qū)分，我這里稱為條件隊(duì)列，firstWaiter是隊(duì)列的頭節(jié)點(diǎn)，lastWaiter是隊(duì)列的尾節(jié)點(diǎn)，它們是干什么的呢？接著看。

lock.newCondition()方法

新建一個(gè)條件鎖。

// ReentrantLock.newCondition()
public Condition newCondition() {
return sync.newCondition();
}
// ReentrantLock.Sync.newCondition()
final ConditionObject newCondition() {
return new ConditionObject();
}
// AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject.ConditionObject()
public ConditionObject() { }

新建一個(gè)條件鎖最后就是調(diào)用的AQS中的ConditionObject類來實(shí)例化條件鎖。

condition.await()方法

condition.await()方法，表明現(xiàn)在要等待條件的出現(xiàn)。

// AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject.await()
public final void await() throws InterruptedException {
// 如果線程中斷了，拋出異常
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
// 添加節(jié)點(diǎn)到Condition的隊(duì)列中，并返回該節(jié)點(diǎn)
Node node = addConditionWaiter();
// 完全釋放當(dāng)前線程獲取的鎖
// 因?yàn)殒i是可重入的，所以這里要把獲取的鎖全部釋放
int savedState = fullyRelease(node);
int interruptMode = 0;
// 是否在同步隊(duì)列中
while (!isOnSyncQueue(node)) {
// 阻塞當(dāng)前線程
LockSupport.park(this);

// 上面部分是調(diào)用await()時(shí)釋放自己占有的鎖，并阻塞自己等待條件的出現(xiàn)
// *************************分界線************************* //
// 下面部分是條件已經(jīng)出現(xiàn)，嘗試去獲取鎖

if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break;
}

// 嘗試獲取鎖，注意第二個(gè)參數(shù)，這是上一章分析過的方法
// 如果沒獲取到會(huì)再次阻塞（這個(gè)方法這里就不貼出來了，有興趣的翻翻上一章的內(nèi)容）
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
// 清除取消的節(jié)點(diǎn)
if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
unlinkCancelledWaiters();
// 線程中斷相關(guān)
if (interruptMode != 0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}
// AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject.addConditionWaiter
private Node addConditionWaiter() {
Node t = lastWaiter;
// 如果條件隊(duì)列的尾節(jié)點(diǎn)已取消，從頭節(jié)點(diǎn)開始清除所有已取消的節(jié)點(diǎn)
if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
unlinkCancelledWaiters();
// 重新獲取尾節(jié)點(diǎn)
t = lastWaiter;
}
// 新建一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它的等待狀態(tài)是CONDITION
Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
// 如果尾節(jié)點(diǎn)為空，則把新節(jié)點(diǎn)賦值給頭節(jié)點(diǎn)（相當(dāng)于初始化隊(duì)列）
// 否則把新節(jié)點(diǎn)賦值給尾節(jié)點(diǎn)的nextWaiter指針
if (t == null)
firstWaiter = node;
else
t.nextWaiter = node;
// 尾節(jié)點(diǎn)指向新節(jié)點(diǎn)
lastWaiter = node;
// 返回新節(jié)點(diǎn)
return node;
}
// AbstractQueuedSynchronizer.fullyRelease
final int fullyRelease(Node node) {
boolean failed = true;
try {
// 獲取狀態(tài)變量的值，重復(fù)獲取鎖，這個(gè)值會(huì)一直累加
// 所以這個(gè)值也代表著獲取鎖的次數(shù)
int savedState = getState();
// 一次性釋放所有獲得的鎖
if (release(savedState)) {
failed = false;
// 返回獲取鎖的次數(shù)
return savedState;
} else {
throw new IllegalMonitorStateException();
}
} finally {
if (failed)
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
}
}
// AbstractQueuedSynchronizer.isOnSyncQueue
final boolean isOnSyncQueue(Node node) {
// 如果等待狀態(tài)是CONDITION，或者前一個(gè)指針為空，返回false
// 說明還沒有移到AQS的隊(duì)列中
if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null)
return false;
// 如果next指針有值，說明已經(jīng)移到AQS的隊(duì)列中了
if (node.next != null) // If has successor, it must be on queue
return true;
// 從AQS的尾節(jié)點(diǎn)開始往前尋找看是否可以找到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，找到了也說明已經(jīng)在AQS的隊(duì)列中了
return findNodeFromTail(node);
}

這里有幾個(gè)難理解的點(diǎn)：

（1）Condition的隊(duì)列和AQS的隊(duì)列不完全一樣；

AQS的隊(duì)列頭節(jié)點(diǎn)是不存在任何值的，是一個(gè)虛節(jié)點(diǎn)；

Condition的隊(duì)列頭節(jié)點(diǎn)是存儲(chǔ)著實(shí)實(shí)在在的元素值的，是真實(shí)節(jié)點(diǎn)。

（2）各種等待狀態(tài)（waitStatus）的變化；

首先，在條件隊(duì)列中，新建節(jié)點(diǎn)的初始等待狀態(tài)是CONDITION（-2）；

其次，移到AQS的隊(duì)列中時(shí)等待狀態(tài)會(huì)更改為0（AQS隊(duì)列節(jié)點(diǎn)的初始等待狀態(tài)為0）；

然后，在AQS的隊(duì)列中如果需要阻塞，會(huì)把它上一個(gè)節(jié)點(diǎn)的等待狀態(tài)設(shè)置為SIGNAL（-1）；

最后，不管在Condition隊(duì)列還是AQS隊(duì)列中，已取消的節(jié)點(diǎn)的等待狀態(tài)都會(huì)設(shè)置為CANCELLED（1）；

另外，后面我們?cè)诠蚕礞i的時(shí)候還會(huì)講到另外一種等待狀態(tài)叫PROPAGATE（-3）。

（3）相似的名稱；

AQS中下一個(gè)節(jié)點(diǎn)是next，上一個(gè)節(jié)點(diǎn)是prev；

Condition中下一個(gè)節(jié)點(diǎn)是nextWaiter，沒有上一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

如果弄明白了這幾個(gè)點(diǎn)，看懂上面的代碼還是輕松加愉快的，如果沒弄明白，彤哥這里指出來了，希望您回頭再看看上面的代碼。

下面總結(jié)一下await()方法的大致流程：

（1）新建一個(gè)節(jié)點(diǎn)加入到條件隊(duì)列中去；

（2）完全釋放當(dāng)前線程占有的鎖；

（3）阻塞當(dāng)前線程，并等待條件的出現(xiàn)；

（4）條件已出現(xiàn)（此時(shí)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)移到AQS的隊(duì)列中），嘗試獲取鎖；

也就是說await()方法內(nèi)部其實(shí)是先釋放鎖->等待條件->再次獲取鎖的過程。

condition.signal()方法

condition.signal()方法通知條件已經(jīng)出現(xiàn)。

// AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject.signal
public final void signal() {
// 如果不是當(dāng)前線程占有著鎖，調(diào)用這個(gè)方法拋出異常
// 說明signal()也要在獲取鎖之后執(zhí)行
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
// 條件隊(duì)列的頭節(jié)點(diǎn)
Node first = firstWaiter;
// 如果有等待條件的節(jié)點(diǎn)，則通知它條件已成立
if (first != null)
doSignal(first);
}
// AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject.doSignal
private void doSignal(Node first) {
do {
// 移到條件隊(duì)列的頭節(jié)點(diǎn)往后一位
if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
lastWaiter = null;
// 相當(dāng)于把頭節(jié)點(diǎn)從隊(duì)列中出隊(duì)
first.nextWaiter = null;
// 轉(zhuǎn)移節(jié)點(diǎn)到AQS隊(duì)列中
} while (!transferForSignal(first) &&
(first = firstWaiter) != null);
}
// AbstractQueuedSynchronizer.transferForSignal
final boolean transferForSignal(Node node) {
// 把節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)更改為0，也就是說即將移到AQS隊(duì)列中
// 如果失敗了，說明節(jié)點(diǎn)已經(jīng)被改成取消狀態(tài)了
// 返回false，通過上面的循環(huán)可知會(huì)尋找下一個(gè)可用節(jié)點(diǎn)
if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
return false;
// 調(diào)用AQS的入隊(duì)方法把節(jié)點(diǎn)移到AQS的隊(duì)列中
// 注意，這里enq()的返回值是node的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)，也就是舊尾節(jié)點(diǎn)
Node p = enq(node);
// 上一個(gè)節(jié)點(diǎn)的等待狀態(tài)
int ws = p.waitStatus;
// 如果上一個(gè)節(jié)點(diǎn)已取消了，或者更新狀態(tài)為SIGNAL失敗（也是說明上一個(gè)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)取消了）
// 則直接喚醒當(dāng)前節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的線程
if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
LockSupport.unpark(node.thread);
// 如果更新上一個(gè)節(jié)點(diǎn)的等待狀態(tài)為SIGNAL成功了
// 則返回true，這時(shí)上面的循環(huán)不成立了，退出循環(huán)，也就是只通知了一個(gè)節(jié)點(diǎn)
// 此時(shí)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)還是阻塞狀態(tài)
// 也就是說調(diào)用signal()的時(shí)候并不會(huì)真正喚醒一個(gè)節(jié)點(diǎn)
// 只是把節(jié)點(diǎn)從條件隊(duì)列移到AQS隊(duì)列中
return true;
}

signal()方法的大致流程為：

（1）從條件隊(duì)列的頭節(jié)點(diǎn)開始尋找一個(gè)非取消狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)；

（2）把它從條件隊(duì)列移到AQS隊(duì)列；

（3）且只移動(dòng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)；

注意，這里調(diào)用signal()方法后并不會(huì)真正喚醒一個(gè)節(jié)點(diǎn)，那么，喚醒一個(gè)節(jié)點(diǎn)是在啥時(shí)候呢？

還記得開頭例子嗎？倒回去再好好看看，signal()方法后，最終會(huì)執(zhí)行l(wèi)ock.unlock()方法，此時(shí)才會(huì)真正喚醒一個(gè)節(jié)點(diǎn)，喚醒的這個(gè)節(jié)點(diǎn)如果曾經(jīng)是條件節(jié)點(diǎn)的話又會(huì)繼續(xù)執(zhí)行await()方法“分界線”下面的代碼。

結(jié)束了，仔細(xì)體會(huì)下^^

如果非要用一個(gè)圖來表示的話，我想下面這個(gè)圖可以大致表示一下（這里是用時(shí)序圖畫的，但是實(shí)際并不能算作一個(gè)真正的時(shí)序圖哈，了解就好）：

總結(jié)

（1）重入鎖是指可重復(fù)獲取的鎖，即一個(gè)線程獲取鎖之后再嘗試獲取鎖時(shí)會(huì)自動(dòng)獲取鎖；

（2）在ReentrantLock中重入鎖是通過不斷累加state變量的值實(shí)現(xiàn)的；

（3）ReentrantLock的釋放要跟獲取匹配，即獲取了幾次也要釋放幾次；

（4）ReentrantLock默認(rèn)是非公平模式，因?yàn)榉枪侥Ｊ叫矢撸?/p>

（5）條件鎖是指為了等待某個(gè)條件出現(xiàn)而使用的一種鎖；

（6）條件鎖比較經(jīng)典的使用場(chǎng)景就是隊(duì)列為空時(shí)阻塞在條件notEmpty上；

（7）ReentrantLock中的條件鎖是通過AQS的ConditionObject內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)的；

（8）await()和signal()方法都必須在獲取鎖之后釋放鎖之前使用；

（9）await()方法會(huì)新建一個(gè)節(jié)點(diǎn)放到條件隊(duì)列中，接著完全釋放鎖，然后阻塞當(dāng)前線程并等待條件的出現(xiàn)；

（10）signal()方法會(huì)尋找條件隊(duì)列中第一個(gè)可用節(jié)點(diǎn)移到AQS隊(duì)列中；

（11）在調(diào)用signal()方法的線程調(diào)用unlock()方法才真正喚醒阻塞在條件上的節(jié)點(diǎn)（此時(shí)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)在AQS隊(duì)列中）；

（12）之后該節(jié)點(diǎn)會(huì)再次嘗試獲取鎖，后面的邏輯與lock()的邏輯基本一致了。

關(guān)于“ReentrantLock中條件鎖是什么”這篇文章就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，使各位可以學(xué)到更多知識(shí)，如果覺得文章不錯(cuò)，請(qǐng)把它分享出去讓更多的人看到。