AQS阻塞队列和条件队列 Java面试必备之AQS阻塞队列和条件队列
Java萨曼莎 人气:0一.AQS入队规则
我们仔细分析一下AQS是如何维护阻塞队列的，在独占方式获取资源的时候，是怎么将竞争锁失败的线程丢到阻塞队列中的呢？
我们看看acquire方法，这里首先会调用子类实现的tryAcquire方法尝试修改state，修改失败的话，说明线程竞争锁失败，于是会走到后面的这个条件；
这个addWaiter方法就是将当前线程封装成一个Node.EXCLUSIVE类型的节点，然后丢到阻塞队列中；
第一次还没有阻塞队列的时候，会到enq方法里面，我们仔细看看enq方法
enq()方法中，我们在第一次进入这个方法的时候，下面图一所示，tail和head都指向null；
第一次循环，到首先会到图二，然后判断t所指向的节点是不是null，如果是的话，就用CAS更新节点，这个CAS我们可以看作：头节点head为null，我们把head节点更新为一个哨兵节点（哨兵节点就是new Node()），再将tail也指向head，就是图三了
第二次for循环：走到上面的else语句，将新节点的前一个节点设置为哨兵节点；
然后就是CAS更新节点，这里CAS的意思：如果最后的节点tail指向的和t是一样的，那么就将tail指向node节点
最后再将t的下一个节点设置为node，下图所示，就ok了
二.AQS条件变量的使用
什么是条件变量呢？我们在开始介绍AQS的时候，还有一个内部类没有说，就是ConditionObject，还记得前面说过的Unsafe中的park和unpark方法吗？而这个ConditionObject就对这两个方法进行了一次封装，await()和signal()方法，但是更灵活，可以创建多个条件变量，每个条件变量维护一个条件队列（就是一个单向链表，可以看到Node这个内部类中个属性是nextWaiter）；
注意：每一个条件变量里面都维护了一个条件队列
举个例子，如下所示；
package com.example.demo.study;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Study0201 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建锁对象
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 创建条件变量
Condition condition = lock.newCondition();
// 以下创建两个线程，里面都会获取锁和释放锁
Thread thread1 = new Thread(() -> {
lock.lock();
try {
System.out.println("await begin");
// 注意，这里调用条件变量的await方法，当前线程就会丢到condition条件变量中的条件队列中阻塞
condition.await();
System.out.println("await end");
} catch (InterruptedException e) {
//
} finally {
lock.unlock();
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
lock.lock();
try {
System.out.println("signal begin");
// 唤醒被condition变量内部队列中的某个线程
condition.signal();
System.out.println("signal end");
} finally {
lock.unlock();
}
});
thread1.start();
Thread.sleep(500);
thread2.start();
}
}
还可以创建多个条件变量，如下所示，每一个条件变量都维护了一个条件队列：
package com.example.demo.study;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Study0201 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建锁对象
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 创建条件变量1
Condition condition1 = lock.newCondition();
//条件变量2
Condition condition2 = lock.newCondition();
// 以下创建两个线程，里面都会获取锁和释放锁
Thread thread1 = new Thread(() -> {
lock.lock();
try {
System.out.println("await begin");//1
condition1.await();
System.out.println("await end");//5
System.out.println("condition2---signal---start");//6
condition2.signal();
System.out.println("condition2---signal---endend");//7
} catch (InterruptedException e) {
//
} finally {
lock.unlock();
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
lock.lock();
try {
System.out.println("signal begin");//2
condition1.signal();
System.out.println("signal end");//3
System.out.println("condition2---await---start");//4
condition2.await();
System.out.println("condition2---await---end");//8
} catch (InterruptedException e) {
//
} finally {
lock.unlock();
}
});
thread1.start();
Thread.sleep(500);
thread2.start();
}
}
三.走进条件变量
我们看看上面的获取条件变量的方式Condition condition1 = lock.newCondition()，我们打开newCondition方法，最后就是创建一个ConditionObject实例；这个类是AQS的内部类，通过这个类可以访问AQS内部的属性和方法；
注意：在调用await方法和signal方法之前，必须要先获取锁
然后我们再看看条件变量的await方法，下图所示，我们可以进入到addConditionWaiter()方法内部看看：
public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
//新建一个Node.CONDITION节点放到条件队列最后面
Node node = addConditionWaiter();
//释放当前线程获取的锁
int savedState = fullyRelease(node);
int interruptMode = 0;
//调用park()方法阻塞挂起当前线程
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);
}
private Node addConditionWaiter() {
Node t = lastWaiter;
//第一次进来，这个lastWaiter是null，即t = null,不会进入到这个if语句
if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
unlinkCancelledWaiters();
t = lastWaiter;
}
//创建一个Node.CONDITION类型的节点，然后下面这个if中就是将第一个节点firstWaiter和最后一个节点都指向这个新创建的节点
Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
if (t == null)
firstWaiter = node;
else
t.nextWaiter = node;
lastWaiter = node;
return node;
}
顺便在看看signal方法：
public final void signal() {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
//条件队列移除第一个节点，然后把这个节点丢到阻塞队列中，然后激活这个线程
Node first = firstWaiter;
if (first != null)
doSignal(first);
}
我们想一想在AQS中阻塞队列和条件队列有什么关系啊？
1.当多个线程调用lock.lock()方法的时候，只有一个线程获取到可锁，其他的线程都会被转为Node节点丢到AQS的阻塞队列中，并做CAS自旋获取锁；
2.当获取到锁的线程对应的条件变量的await()方法被调用的时候，该线程就会释放锁，并把当前线程转为Node节点放到条件变量对应的条件队列中；
3.这个时候AQS的阻塞队列中又会有一个节点中的线程能得到锁了，如果这个线程又恰巧调用了对应条件变量的await()方法时，又会重复2的步骤，然后阻塞队列中又会有一个节点中的线程获得锁
4.然后，又有一个线程调用了条件变量的signal()或者signalAll()方法，就会把条件队列中一个或者所有的节点都移动到AQS阻塞队列中，然后调用unpark方法进行授权，就等着获得锁了；
一个锁对应一个阻塞队列，但是对应多个条件变量，每一个条件变量对应一个条件队列；其中，这两种队列中存放的都是Node节点，Node节点中封装了线程及其状态
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