看看AQS阻塞队列和条件队列

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认识Class — 终于不在怂

  上一篇简单介绍了AQS,我们大概知道AQS就是一个框架,把很多功能都给实现了(比如入队规则,唤醒节点中的线程等),我们如果要使用的话只需要实现其中的一些方法(比如tryAcquire等)就行了!这次主要说说AQS中阻塞队列的的入队规则还有条件变量;

 

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;

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  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

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  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

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  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;

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  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

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  最后再将t的下一个节点设置为node,下图所示,就ok了

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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

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  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(); } }

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  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(); } }

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 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

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  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); }

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  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,下图所示:

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原文地址:《看看AQS阻塞队列和条件队列》 发布于2020-02-02

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