ReentrantLock Condition await signal 专题

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ReentrantLock Condition await signal 专题

 

Condition的执行方式,是当在线程T1中调用await方法后,线程T1将释放锁,并且将自己阻塞,等待唤醒,

线程T2获取到锁后,开始做事,完毕后,调用Condition的signal方法,唤醒线程T1,在t2执行完unlock后,线程T1恢复执行。

 signalAll和signal很像,内部就是将Condition队列里所有的Node都加入到release队列中,仅此而已

 

代码如下:

import org.joda.time.LocalDateTime;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class LockTest {

    private static final String separator = " - ";
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();

    private class T1 implements Runnable {

        public void run() {
            try {
                lock.lock();
                System.out.println(LocalDateTime.now().toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss") + separator + Thread.currentThread() + " after lock");
                try {
                    condition.await();//释放当前线程占用的锁,并阻塞当前线程,等待唤醒
                    System.out.println(LocalDateTime.now().toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss") + separator + Thread.currentThread() + " after await");
                } catch (Exception ex) {
                    ex.printStackTrace();
                }
            } finally {
                lock.unlock();
                System.out.println(LocalDateTime.now().toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss") + separator + Thread.currentThread() + " after unlock");
            }

        }

    }

    private class T2 implements Runnable {

        public void run() {
            try {
                lock.lock();
                System.out.println(LocalDateTime.now().toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss") + separator + Thread.currentThread() + " after lock");
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    condition.signal();
                    System.out.println(LocalDateTime.now().toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss") + separator + Thread.currentThread() + " after signal");
                } catch (Exception ex) {
                    ex.printStackTrace();
                }
            } finally {
                lock.unlock();
                System.out.println(LocalDateTime.now().toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss") + separator + Thread.currentThread() + " after unlock");
            }
        }
    }

    private void run() throws InterruptedException {
        new Thread(new T1(), T1.class.getSimpleName()).start();
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
        new Thread(new T2(), T2.class.getSimpleName()).start();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        LockTest lt = new LockTest();
        lt.run();
        TimeUnit.MINUTES.sleep(1);
    }

}

输出:

2017-05-03 18:26:42 - Thread[T1,5,main] after lock
2017-05-03 18:26:42 - Thread[T2,5,main] after lock
2017-05-03 18:26:43 - Thread[T2,5,main] after signal
2017-05-03 18:26:43 - Thread[T2,5,main] after unlock
2017-05-03 18:26:43 - Thread[T1,5,main] after await
2017-05-03 18:26:43 - Thread[T1,5,main] after unlock

Condition的执行方式,是当在线程T1中调用await方法后,线程T1将释放锁,并且将自己沉睡,等待唤醒,

线程T2获取到锁后,开始做事,完毕后,调用Condition的signal方法,唤醒线程T1,线程T1恢复执行。

以上说明Condition是一个多线程间协调通信的工具类,使得某个,或者某些线程一起等待某个条件(Condition),只有当该条件具备( signal 或者 signalAll方法被带调用)时 ,这些等待线程才会被唤醒,从而重新争夺锁。

ReentrantLock(重入锁)是jdk的concurrent包提供的一种独占锁的实现。它继承自Dong Lea的 AbstractQueuedSynchronizer(同步器),确切的说是ReentrantLock的一个内部类继承了AbstractQueuedSynchronizer,ReentrantLock只不过是代理了该类的一些方法,可能有人会问为什么要使用内部类在包装一层? 我想是安全的关系,因为AbstractQueuedSynchronizer中有很多方法,还实现了共享锁,Condition(稍候再细说)等功能,如果直接使ReentrantLock继承它,则很容易出现AbstractQueuedSynchronizer中的API被无用的情况。

首先还是要明白,reentrantLock.newCondition() 返回的是Condition的一个实现,该类在AbstractQueuedSynchronizer中被实现,叫做newCondition()

public Condition newCondition()   { 
       return sync.newCondition();
 }

它可以访问AbstractQueuedSynchronizer中的方法和其余内部类(AbstractQueuedSynchronizer是个抽象类,至于他怎么能访问,这里有个很奇妙的点,后面我专门用demo说明 )

现在,我们一起来看下Condition类的实现,还是从上面的demo入手,

为了方便书写,我将AbstractQueuedSynchronizer缩写为AQS

当await被调用时,代码如下:

public final void await() throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    Node node = addConditionWaiter(); // 将当前线程包装下后,
                                      // 添加到Condition自己维护的一个链表中。
    int savedState = fullyRelease(node);// 释放当前线程占有的锁,从demo中看到,
                                        // 调用await前,当前线程是占有锁的
 
    int interruptMode = 0;
    while (!isOnSyncQueue(node)) {// 释放完毕后,遍历AQS的队列,看当前节点是否在队列中,
        // 不在 说明它还没有竞争锁的资格,所以将继续阻塞// 直到它被加入到队列中,聪明的你可能猜到了,
        // 没有错,在singal的时候加入不就可以了?
        LockSupport.park(this);
        if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
            break;
    }
    // 被唤醒后,重新开始正式竞争锁,同样,如果竞争不到还是会将自己沉睡,等待唤醒重新开始竞争。
    if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
        interruptMode = REINTERRUPT;
    if (node.nextWaiter != null)
        unlinkCancelledWaiters();
    if (interruptMode != 0)
        reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}

回到上面的demo,锁被释放后,线程1开始沉睡,这个时候线程因为线程1沉睡时,会唤醒AQS队列中的头结点,所所以线程2会开始竞争锁,并获取到,等待3秒后,线程2会调用signal方法,“发出”signal信号,signal方法如下:

public final void signal() {
    if (!isHeldExclusively())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    Node first = firstWaiter; // firstWaiter为condition自己维护的一个链表的头结点,
                              // 取出第一个节点后开始唤醒操作
    if (first != null)
        doSignal(first);
}

说明下,其实Condition内部维护了等待队列的头结点和尾节点,该队列的作用是存放等待signal信号的线程,该线程被封装为Node节点后存放于此。

public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1173984872572414699L;
    /** First node of condition queue. */
    private transient Node firstWaiter;
    /** Last node of condition queue. */
    private transient Node lastWaiter;

关键的就在于此,我们知道AQS自己维护的队列是当前等待资源的队列,AQS会在资源被释放后,依次唤醒队列中从前到后的所有节点,使他们对应的线程恢复执行。直到队列为空。

而Condition自己也维护了一个队列,该队列的作用是维护一个等待signal信号的队列,两个队列的作用是不同,事实上,每个线程也仅仅会同时存在以上两个队列中的一个,流程是这样的:

  1. 线程1调用reentrantLock.lock时,线程被加入到AQS的等待队列中。
  2. 线程1调用await方法被调用时,该线程从AQS中移除,对应操作是锁的释放。
  3. 接着马上被加入到Condition的等待队列中,以为着该线程需要signal信号。
  4. 线程2,因为线程1释放锁的关系,被唤醒,并判断可以获取锁,于是线程2获取锁,并被加入到AQS的等待队列中。
  5. 线程2调用signal方法,这个时候Condition的等待队列中只有线程1一个节点,于是它被取出来,并被加入到AQS的等待队列中。 注意,这个时候,线程1 并没有被唤醒。
  6. signal方法执行完毕,线程2调用reentrantLock.unLock()方法,释放锁。这个时候因为AQS中只有线程1,于是,AQS释放锁后按从头到尾的顺序唤醒线程时,线程1被唤醒,于是线程1回复执行。
  7. 直到释放所整个过程执行完毕。

可以看到,整个协作过程是靠结点在AQS的等待队列和Condition的等待队列中来回移动实现的,Condition作为一个条件类,很好的自己维护了一个等待信号的队列,并在适时的时候将结点加入到AQS的等待队列中来实现的唤醒操作。

看到这里,signal方法的代码应该不难理解了。

取出头结点,然后doSignal

public final void signal() {
    if (!isHeldExclusively()) {
        throw new IllegalMonitorStateException();
    }
    Node first = firstWaiter;
    if (first != null) {
        doSignal(first);
    }
}
 
private void doSignal(Node first) {
    do {
        if ((firstWaiter = first.nextWaiter) == null) // 修改头结点,完成旧头结点的移出工作
            lastWaiter = null;
        first.nextWaiter = null;
    } while (!transferForSignal(first) && // 将老的头结点,加入到AQS的等待队列中
             (first = firstWaiter) != null);
}
 
final boolean transferForSignal(Node node) {
    /*
     * If cannot change waitStatus, the node has been cancelled.
     */
    if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
        return false;
 
    /*
     * Splice onto queue and try to set waitStatus of predecessor to
     * indicate that thread is (probably) waiting. If cancelled or attempt
     * to set waitStatus fails, wake up to resync (in which case the
     * waitStatus can be transiently and harmlessly wrong).
     */
    Node p = enq(node);
    int ws = p.waitStatus;
    // 如果该结点的状态为cancel 或者修改waitStatus失败,则直接唤醒。
    if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
        LockSupport.unpark(node.thread);
    return true;
}

可以看到,正常情况 ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL)这个判断是不会为true的,所以,不会在这个时候唤醒该线程。

只有到发送signal信号的线程调用reentrantLock.unlock()后因为它已经被加到AQS的等待队列中,所以才会被唤醒。

总结:

本文从代码的角度说明了Condition的实现方式,其中,涉及到了AQS的很多操作,比如AQS的等待队列实现独占锁功能,不过,这不是本文讨论的重点,等有机会再将AQS的实现单独分享出来。

http://www.importnew.com/9281.html

 

Condition的await-signal流程
Condition类图:

Condition接口包含了多种await方式和两个通知方法
ConditionObject实现了Condition接口,是AbstractQueuedSynchronizer的内部类
Reentrantlock的newCondition方法返回与某个lock实例相关的Condition对象

和release队列一样,Condition队列也是虚拟队列,每个Node通过nextWaiter进行关联。因为Condition Node要变为release Node才可以解除阻塞,所以不需要prevWaiter,这一点下面会有说明。

大概的整个过程是:

调用await的线程都会进入一个Condition队列。调用signal的线程每一次都会从firstWaiter开始找出未取消的Condition Node放到release队列里,然后调用signal的线程在await或者unlock的时候执行release方法才有机会将其解除阻塞。相对于lock-unlock,正常的流程要简单一些,但是对于中断处理会更为复杂。

先看看调用await()至阻塞的过程

如图所示,该过程可分为三个步骤:

新建Condition Node包装线程,加入Condition队列
释放当前线程占用的锁
阻塞当前线程
在阻塞当前线程之前,要判断Condition Node是否在release队列里。如果在的话则没必要阻塞,可直接参与锁竞争。关键代码如下:

signal方法更简单一些,就是从firstWaiter开始,找到一个没有取消的Node放入release队列。但是即使一开始找到的Node没被取消,但是入队列的时候也可能会被取消,因此代码对这个情况做了点特殊处理。我根据自己的理解将代码做了如下解释:
我们可以看到,signal方法只是将Node修改了状态,并没有唤醒线程。要将修改状态后的Node唤醒,一种是再次调用await(),一种是调用unlock()。这两个方法内部都会执行release方法对release队列里的Node解除阻塞,关于这点我在上一篇文章里已经说明了。

下面我把调用await()的线程被解除阻塞后的流程也画了一下:

 

 以上就是await和signal的详细流程。signalAll和signal很像,内部就是将Condition队列里所有的Node都加入到release队列中,仅此而已。

 http://www.cnblogs.com/jycboy/p/5623238.html

 

 

 






 

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