Condition类的signal()方法底层原理

一、Condition类的signal()方法底层原理

Condition 接口的 signal 方法是用于唤醒一个在 Condition 上等待的线程。与 Object 的 notify 方法类似，signal 方法会从 Condition 的等待队列中选择一个线程并将其唤醒，使其重新尝试获取锁并继续执行

1、signal 方法的核心逻辑

signal 方法的主要逻辑可以分为以下几个步骤：

1、检查当前线程是否持有锁：调用 signal 的线程必须持有与 Condition 关联的锁。

2、从等待队列中移除第一个节点：将 Condition 等待队列中的第一个节点转移到 AQS 的同步队列中。

3、唤醒线程：通过 AQS 的机制唤醒转移后的线程，使其重新尝试获取锁。

2、signal 方法的源码分析

以下是 ConditionObject 中 signal 方法的源码及其详细分析：

public final void signal() {
    // 判断调用 signal 方法的线程是否是独占锁持有线程
    if (!isHeldExclusively())
        throw new IllegalMonitorStateException();

    // 获取条件队列中第一个 Node
    Node first = firstWaiter;

    // 不为空就将该节点【迁移到阻塞队列】
    if (first != null)
        doSignal(first);
}

2.1、isHeldExclusively 方法

• 检查当前线程是否独占持有与 Condition 关联的锁。

• 如果当前线程未持有锁，抛出 IllegalMonitorStateException。

2.2、firstWaiter 变量

• firstWaiter 是 Condition 等待队列的头节点。

• 如果 firstWaiter 为 null，说明等待队列为空，没有需要唤醒的线程。

2.3、doSignal 方法

• doSignal 是实际执行唤醒操作的方法。

• 它会将等待队列中的第一个节点转移到 AQS 的同步队列中，并唤醒对应的线程。

3、doSignal 和 signalAll方法的源码分析

3.1、以下是 doSignal 方法的源码及其详细分析：

// 唤醒 - 【将第一个节点转移至 AQS 队列尾部】
private void doSignal(Node first) {
    do {
        // 成立说明当前节点的下一个节点是 null，当前节点是尾节点了，队列中只有当前一个节点了
        if ((firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
            lastWaiter = null;
        first.nextWaiter = null;
    // 将 Condition条件队列中的 Node 转移至 AQS 队列，不成功且还有节点则继续循环
    } while (!transferForSignal(first) && (first = firstWaiter) != null);
}

• 将 firstWaiter 指向下一个节点。

• 如果等待队列为空，将 lastWaiter 设置为 null。

• 断开当前节点的链接，将其从Condition条件队列中移除。

3.2、会调用signalAll()这个函数，唤醒所有的节点

private void doSignalAll(Node first) {
    lastWaiter = firstWaiter = null;
    do {
        Node next = first.nextWaiter;
        first.nextWaiter = null;
        transferForSignal(first);
        first = next;
    // 唤醒所有的节点，都放到阻塞队列中
    } while (first != null);
}

4、transferForSignal 方法的源码分析

transferForSignal作用

• transferForSignal 是将节点从等待队列转移到 AQS 同步队列的核心方法。

• 如果转移成功，返回 true；否则返回 false。

以下是 transferForSignal 方法的源码及其详细分析：

// 如果节点状态是取消, 返回 false 表示转移失败, 否则转移成功
final boolean transferForSignal(Node node) {
    // CAS 修改当前节点的状态，修改为 0，因为当前节点马上要迁移到阻塞队列了
    // 如果状态已经不是 CONDITION, 说明线程被取消（await 释放全部锁失败）或者被中断（可打断 cancelAcquire）
    if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
        // 返回函数调用处继续寻找下一个节点
        return false;

    // 【先改状态，再进行迁移】
    // 将当前 node 加入 AQS阻塞队列，p 是当前节点在阻塞队列的【前驱节点】
    Node p = enq(node);
    int ws = p.waitStatus;

    // 如果前驱节点被取消或者不能设置状态为 Node.SIGNAL，就 unpark 取消当前节点线程的阻塞状态,
    // 让 thread-0 线程竞争锁，重新同步状态
    if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
        LockSupport.unpark(node.thread);
    return true;
}

4.1、更新节点状态

• 使用 CAS 操作将节点的状态从 CONDITION 更新为 0。

• 如果更新失败，说明节点已被取消，返回 false。

4.2、将节点加入 AQS同步队列

• 调用 enq(node) 方法将节点加入到 AQS 的同步队列中。

• enq 方法会将节点插入到同步队列的尾部，并返回前驱节点。

4.3、唤醒线程

• 检查前驱节点的状态：

  • 如果前驱节点的状态为 CANCELLED，或者无法将其状态更新为 SIGNAL，则直接唤醒线程。

  • 否则，线程会在同步队列中等待，直到前驱节点释放锁。

二、signal 方法的关键点

1、线程安全性

• signal 方法必须在持有锁的情况下调用，否则会抛出 IllegalMonitorStateException。

• 通过 AQS 的同步队列机制，确保线程安全。

2、节点转移

• signal 方法会将节点从 Condition 的等待队列转移到 AQS 的同步队列中。

• 转移后的节点会等待获取锁，并在获取锁后继续执行。

3、唤醒机制

• 使用 LockSupport.unpark 唤醒线程。

• 唤醒的线程会重新尝试获取锁，并在获取锁后从 await 方法中返回。

三、总结

Condition 的 signal 方法通过以下机制实现线程的唤醒：

1、检查当前线程是否持有锁。

2、将等待队列中的第一个节点转移到 AQS 的同步队列中。

3、唤醒对应的线程，使其重新尝试获取锁。