condition实现原理

　　condition是对线程进行控制管理的接口，具体实现是AQS的一个内部类ConditionObject，主要功能是控制线程的启/停(这么说并不严格，还要有锁的竞争排队)。

condition主要方法：

 

void await() throws InterruptedException	进入等待，直到被通知或中断
void awaitUninterruptibly()	进入等待，直到被通知，不响应中断
long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException	等待xxx纳秒
boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException	等待，直到某个时间点
void signal()	唤醒
void signalAll()	唤醒所有等待在condition上的线程，会从等待队列挨个signal()

使用示例：

　　通过实现一个有界队列来深入理解Condition的使用方式。有界队列：一种特殊的队列，当队列为空时，队列的获取操作将会阻塞获取线程，直到队列中有新增元素，当队列已满时，队列的插入操作将会阻塞插入线程，

，直到队列出现空位。

public class BoundedQueue<T> {
    private Object[] items;
    //添加的下标，删除的下标和数组当前数量
    private int addIndex, removeIndex, count;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition empty = lock.newCondition();
    private Condition full = lock.newCondition();
    //构造方法
    public BoundedQueue(int size){
        items = new Object[size];
    }
    //添加元素，如果数组满，则添加线程进入等待，直到有空位
    public void add(T t) throws InterruptedException{
        lock.lock();
        try {
            while (count == items.length)  //改成if会如何
                full.await();
            items[addIndex] = t;
            if(++addIndex == items.length)
                addIndex = 0;
            ++count;
            empty.signal();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    //从头部删除一个元素，如果数组空，则删除线程进入等待状态，直到添加新元素
    public T remove() throws InterruptedException{
        lock.lock();
        try{
            while (count == 0)
                empty.await();
            Object x = items[removeIndex];
            if(++removeIndex == items.length)
                removeIndex = 0;
            --count;
            full.signal();
            return (T)x;
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

　　在这里，阻塞队列的数据存放是在items数组中，注意几个下标的赋值操作，当addIndex到头的时候，因为之前可能有remove操作，故items数组的头部或者中间位置可能是空的，如果继续添加数据，数据应添加在头部，相当于形成了一个“环”，这就是19-20行的含义。至于16行代码中的while替换成if，书中给出的解释是：使用while目的是为了防止过早或意外的通知，只有条件符合才能退出循环。这个地方没有想出相应的场景，仅从目前的代码逻辑来说，换成if也是可以的，但如果考虑异常导致等待线程被唤醒，那阻塞队列就无法正常工作了。

原理分析：

　　ConditionObject是同步器AQS的内部类，因为Condition的操作需要获取相关联的锁，所以作为同步器的内部类也较为合理。每个Condition对象都包含着一个队列(等待队列)，该队列是condition对象实现等待/通知的功能的关键。

　　等待队列：

　　等待队列是一个FIFO的队列，在队列中的每个节点都包含了一个线程引用，该线程就是在Condition对象上等待的线程，如果一个线程调用了Condition.await()方法，那么该线程将会释放锁、构造成节点加入等待队列并进入等待状态。事实上，节点的定义复用了同步器中节点的定义，也就是说，同步队列和等待队列中节点类型都是同步器的静态内部类AbstractQueuedSynchronizer.Node。

　　如图所示，Condition拥有首尾节点的引用，而新增节点只需要将原有的尾节点nextWaiter指向它，并且更新尾节点即可。上述节点引用更新的过程并没有使用CAS保证，原因在于调用await()方法的线程必定是获取了锁的线程，也就是说该过程是由锁来保证线程安全的。

　　在Object的监视器模型上，一个对象拥有一个同步队列和等待队列，而并发包中的Lock实现类拥有一个同步队列和多个等待队列：

　　如上图所示，Condition的实现是同步器的内部类，因此每个Condition实例都能够访问同步器提供的方法，相当于每个Condition都拥有所属同步器的引用。

等待：

　　调用Condition的await()方法（或者以await开头的方法），会使当前线程进入等待队列并释放锁，同时线程状态变为等待状态。当从await()方法返回时，当前线程一定获取了Condition相关联的锁。

　　如果从队列（同步队列和等待队列）的角度看await()方法，当调用await()方法时，相当于同步队列的首节点（获取了锁的节点）移动到Condition的等待队列中。

　　Condition的await()方法：

public final void await() throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    Node node = addConditionWaiter(); //当前线程加入等待队列
    int savedState = fullyRelease(node); //释放同步状态，也就是释放锁
    int interruptMode = 0;
    while (!isOnSyncQueue(node)) {
        LockSupport.park(this);
        if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
            break;
    }
    if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
        interruptMode = REINTERRUPT;
    if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
        unlinkCancelledWaiters();
    if (interruptMode != 0)
        reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}

　　调用该方法的线程成功获取了锁的线程，也就是同步队列中的首节点，该方法会将当前线程构造成节点并加入等待队列中，（ 因为已经获取了同步状态，所以无需通过cas,在队列尾部添加等待节点 ）然后释放同步状态，唤醒同步队列中的后继节点，然后当前线程会进入等待状态。

　　当等待队列中的节点被唤醒，则唤醒节点的线程开始尝试获取同步状态。如果不是通过其他线程调用Condition.signal()方法唤醒，而是对等待线程进行中断，则会抛出InterruptedException。

　　如果从队列的角度去看，当前线程加入Condition的等待队列，如图所示，同步队列的首节点并不会直接加入等待队列，而是通过addConditionWaiter()方法把当前线程构造成一个新的节点并将其加入等待队列中：

通知：

　　调用Condition的signal()方法，将会唤醒在等待队列中等待时间最长的节点（首节点），在唤醒节点之前，会将节点移到同步队列末尾。

　　signal方法：

public final void signal() {
    if (!isHeldExclusively()) //是否获取了锁（重入锁中是直接 return  独占锁线程==当前线程）
        throw new IllegalMonitorStateException();
    Node first = firstWaiter; //等待队列头节点
    if (first != null)
        doSignal(first);
}
private void doSignal(Node first) {
    do {
        if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null) //等待队列首节点的后继节点为空,说明只有一个节点，那么尾节点也置空
            lastWaiter = null;
        first.nextWaiter = null;
    } while (!transferForSignal(first)  && (first = firstWaiter) != null); // 等待队列首节点唤醒失败，则唤醒下个节点
}
final boolean transferForSignal(Node node) {// 将节点加入同步队列
    if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) // 设置节点状态为0----（等待队列状态只能为-2，-3，用-2进行cas设置失败，说明是-3）
        return false;
    Node p = enq(node); // 放入同步队列尾部
    int ws = p.waitStatus;
    if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
        LockSupport.unpark(node.thread);
    return true;
}

　　调用signal方法的前置条件是当前线程必须获取了锁，可以看到signal()方法进行了isHeldExclusively()检查，也就是当前线程必须是获取了锁的线程。接着获取等待队列的首节点，将其移动到同步队列并使用LockSupport唤醒节点中的线程。

　　节点从等待队列移动到同步队列的过程如下图所示：

　　被唤醒后的线程，将从await()方法中的while循环中退出（isOnSyncQueue(Node node)方法返回true，节点已经在同步队列中），进而调用同步器的acquireQueued()方法加入到获取同步状态的竞争中。成功获取同步状态之后，被唤醒的线程将从先前调用的await()方法返回，此时该线程已经成功地获取了锁。

　　Condition的signalAll()方法，相当于对等待队列中的每个节点均执行一次signal()方法，效果就是将等待队列中所有节点全部移动到同步队列中，并唤醒每个节点的线程。

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想到的问题：

　　1、wait，sleep，park都有啥区别，这个让出cpu资源的操作底层实现是一样的么？

　　wait是Object的方法，会释放锁，原理是monitor机制(抢占对象头信息的锁标志位)，是个native方法，也就是是java的一套机制，底层是用c编写的，具体如何挂起线程的逻辑未知。

　　sleep是Thread的方法，不会释放锁，也是个native方法，具体底层逻辑未知。

　　park是unsafe类的方法，这个unsafe类提供了很多直接操作内存的方法，这个park也是个native方法，openjdk源码显示底层调用了操作系统的函数，停掉了线程。wait跟sleep应该也是类似原理。

　　2、线程的唤醒是怎么实现的，在线程非常多的情况下，唤醒了就能马上执行么？

　　唤醒肯定也是最终调用os的函数来实现的，线程非常多的情况下，硬件线程数固定，操作系统或者jvm肯定也要有相应机制来调用线程，这个唤醒只是让线程“醒”了而已，醒了!=执行，所以，唤醒了可能并不能马上执行，而是要等待别的线程执行完后进行抢占，成功后才能执行。