Java面试必备之AQS阻塞队列和条件队列
作者：Java萨曼莎
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
到此这篇关于Java面试必备之AQS阻塞队列和条件队列的文章就介绍到这了,更多相关AQS阻塞队列和条件队列内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！