jdk源码解读-并发包-Lock-ReentrantLock(2)--await()与signal()方法走读

ReentrantLock 的基本操作除了lock()和unlock()外,还有condition的await()和signal()。但是是通过调用AbstractQueuedSynchronizer的内部类CondtionObject来实现的。所以await()和singnal()的操作主要在CondtionObject类里。

a1.png

如上图可以看到,ConditonObject是AbstractQueuedSynchronizer的内部类,同时上节讲解lock()和unlock()提到的Node也是它的内部类,以及其他方法组成了依赖FIFO waiting queue的阻塞锁和相关同步器(semaphores,events,等待)基本框架。

现在主要看一下内部类ConditionObject:

/**
 * Condition implementation for a {@link
 * AbstractQueuedSynchronizer} serving as the basis of a {@link
 * Lock} implementation.
 *
 * <p>Method documentation for this class describes mechanics,
 * not behavioral specifications from the point of view of Lock
 * and Condition users. Exported versions of this class will in
 * general need to be accompanied by documentation describing
 * condition semantics that rely on those of the associated
 * {@code AbstractQueuedSynchronizer}.
 *
 * <p>This class is Serializable, but all fields are transient,
 * so deserialized conditions have no waiters.
 */
public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {

一. await操作的流程:

因为线程是先通过lock()获得锁资源,然后调用await()时,先释放锁资源然后park。所以park前要先释放锁,让别的线程获得争取锁资源的权利。
调用流程图:


a2.png

1.await()

/**
 * Implements interruptible condition wait.
 * <ol>
 * <li> If current thread is interrupted, throw InterruptedException.
 * <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
 * <li> Invoke {@link #release} with saved state as argument,
 *      throwing IllegalMonitorStateException if it fails.
 * <li> Block until signalled or interrupted.
 * <li> Reacquire by invoking specialized version of
 *      {@link #acquire} with saved state as argument.
 * <li> If interrupted while blocked in step 4, throw InterruptedException.
 * </ol>
 */
public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
    Node node = addConditionWaiter();
int savedState = fullyRelease(node);
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);
}

首先用addConditionWaiter()方法把这个线程包装成Node并放入condition queue。

2.addConditionWaiter():加入condition等待队列。

/**
 * Adds a new waiter to wait queue.
 * @return its new wait node
 */
private Node addConditionWaiter() {
    Node t = lastWaiter;
// If lastWaiter is cancelled, clean out.
    if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
        unlinkCancelledWaiters();
        t = lastWaiter;
    }
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
if (t == null)
firstWaiter = node;
else
        t.nextWaiter = node;
lastWaiter = node;
return node;
}

新建包装当前线程的node。找到condition队列中没有被cancel的lastWaiter,然后把当前Node设为lastWaiter。

3.fullyRelease(node):释放当前state值。并返回释放前的值。

/**
 * Invokes release with current state value; returns saved state.
 * Cancels node and throws exception on failure.
 * @param node the condition node for this wait
 * @return previous sync state
 */
final int fullyRelease(Node node) {
boolean failed = true;
try {
int savedState = getState();
if (release(savedState)) {
            failed = false;
return savedState;
        } else {
throw new IllegalMonitorStateException();
        }
    } finally {
if (failed)
            node.waitStatus = Node.CANCELLED;
    }
}

4.release(savedState):tryRelease(arg)调用释放锁资源:

/**
 * Releases in exclusive mode.  Implemented by unblocking one or
 * more threads if {@link #tryRelease} returns true.
 * This method can be used to implement method {@link Lock#unlock}.
 *
 * @param arg the release argument.  This value is conveyed to
 *        {@link #tryRelease} but is otherwise uninterpreted and
 *        can represent anything you like.
 * @return the value returned from {@link #tryRelease}
 */
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
return true;
    }
return false;
}

5.unparkSuccessor(h):叫醒syn queue中沉睡的线程:找到头结点后第一个没有被cancel的节点,然后对这个节点包装的线程执行unpark()操作

 /**
* Wakes up node's successor, if one exists.
 *
 * @param node the node
 */
private void unparkSuccessor(Node node) {
/*
     * If status is negative (i.e., possibly needing signal) try
     * to clear in anticipation of signalling.  It is OK if this
     * fails or if status is changed by waiting thread.
     */
    int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

/*
     * Thread to unpark is held in successor, which is normally
     * just the next node.  But if cancelled or apparently null,
     * traverse backwards from tail to find the actual
     * non-cancelled successor.
     */
    Node s = node.next;
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
        s = null;
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
                s = t;
    }
if (s != null)
        LockSupport.unpark(s.thread);
}

await()操作总结:

1.新建包装当前线程的node放到condition waiting queue中去。

2.释放此节点的锁资源。

3.找到syn queue中头节点后第一个没被cancel的节点并叫醒这个节点沉睡的线程。

4.对当前线程进行park();

二. signal():首先这个线程获取到了锁资源,然后执行signal()操作,把condition queue 中的第一个节点删除,并把这个节点放入syn queue

调用图:

a3.png

1.signal():

/**
* Moves the longest-waiting thread, if one exists, from the
* wait queue for this condition to the wait queue for the
* owning lock.
*
* @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
* returns {@code false}
*/
public final void signal() {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
Node first = firstWaiter;
if (first != null)
doSignal(first);
}

对condition queue 第一个节点进行唤醒。

2.doSignal(first):从队头找,找到第一个非空节点进行节点迁移。

/**
* Removes and transfers nodes until hit non-cancelled one or
* null. Split out from signal in part to encourage compilers
* to inline the case of no waiters.
* @param first (non-null) the first node on condition queue
*/
private void doSignal(Node first) {
do {
if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
lastWaiter = null;
first.nextWaiter = null;
} while (!transferForSignal(first) &&
(first = firstWaiter) != null);
}

3.transferForSignal(Node node):把当前节点从condition queue 迁移到sync queue 中。

final boolean transferForSignal(Node node) {
        if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
                 return false;
        Node p = enq(node);
        int ws = p.waitStatus;
        if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
                  LockSupport.unpark(node.thread);
        return true;
}

先调用enq(node);把节点放到sync queue 的队尾,同时unpark 当前线程,这时这个线程又获得了竞争锁资源的资格。

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