Java面試必備之AQS阻塞隊列和條件隊列
一.AQS入隊規(guī)則
我們仔細分析一下AQS是如何維護阻塞隊列的，在獨占方式獲取資源的時候，是怎么將競爭鎖失敗的線程丟到阻塞隊列中的呢？
我們看看acquire方法，這里首先會調(diào)用子類實現(xiàn)的tryAcquire方法嘗試修改state，修改失敗的話，說明線程競爭鎖失敗，于是會走到后面的這個條件；
這個addWaiter方法就是將當前線程封裝成一個Node.EXCLUSIVE類型的節(jié)點，然后丟到阻塞隊列中；
第一次還沒有阻塞隊列的時候，會到enq方法里面，我們仔細看看enq方法
enq()方法中，我們在第一次進入這個方法的時候，下面圖一所示，tail和head都指向null；
第一次循環(huán)，到首先會到圖二，然后判斷t所指向的節(jié)點是不是null，如果是的話，就用CAS更新節(jié)點，這個CAS我們可以看作：頭節(jié)點head為null，我們把head節(jié)點更新為一個哨兵節(jié)點（哨兵節(jié)點就是new Node()），再將tail也指向head，就是圖三了
第二次for循環(huán)：走到上面的else語句，將新節(jié)點的前一個節(jié)點設(shè)置為哨兵節(jié)點；
然后就是CAS更新節(jié)點，這里CAS的意思：如果最后的節(jié)點tail指向的和t是一樣的，那么就將tail指向node節(jié)點
最后再將t的下一個節(jié)點設(shè)置為node，下圖所示，就ok了
二.AQS條件變量的使用
什么是條件變量呢？我們在開始介紹AQS的時候，還有一個內(nèi)部類沒有說，就是ConditionObject，還記得前面說過的Unsafe中的park和unpark方法嗎？而這個ConditionObject就對這兩個方法進行了一次封裝，await()和signal()方法，但是更靈活，可以創(chuàng)建多個條件變量，每個條件變量維護一個條件隊列（就是一個單向鏈表，可以看到Node這個內(nèi)部類中個屬性是nextWaiter）；
注意：每一個條件變量里面都維護了一個條件隊列
舉個例子，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 {
// 創(chuàng)建鎖對象
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 創(chuàng)建條件變量
Condition condition = lock.newCondition();
// 以下創(chuàng)建兩個線程，里面都會獲取鎖和釋放鎖
Thread thread1 = new Thread(() -> {
lock.lock();
try {
System.out.println("await begin");
// 注意，這里調(diào)用條件變量的await方法，當前線程就會丟到condition條件變量中的條件隊列中阻塞
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");
// 喚醒被condition變量內(nèi)部隊列中的某個線程
condition.signal();
System.out.println("signal end");
} finally {
lock.unlock();
}
});
thread1.start();
Thread.sleep(500);
thread2.start();
}
}
還可以創(chuàng)建多個條件變量，如下所示，每一個條件變量都維護了一個條件隊列：
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 {
// 創(chuàng)建鎖對象
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 創(chuàng)建條件變量1
Condition condition1 = lock.newCondition();
//條件變量2
Condition condition2 = lock.newCondition();
// 以下創(chuàng)建兩個線程，里面都會獲取鎖和釋放鎖
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.走進條件變量
我們看看上面的獲取條件變量的方式Condition condition1 = lock.newCondition()，我們打開newCondition方法，最后就是創(chuàng)建一個ConditionObject實例；這個類是AQS的內(nèi)部類，通過這個類可以訪問AQS內(nèi)部的屬性和方法；
注意：在調(diào)用await方法和signal方法之前，必須要先獲取鎖
然后我們再看看條件變量的await方法，下圖所示，我們可以進入到addConditionWaiter()方法內(nèi)部看看：
public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
//新建一個Node.CONDITION節(jié)點放到條件隊列最后面
Node node = addConditionWaiter();
//釋放當前線程獲取的鎖
int savedState = fullyRelease(node);
int interruptMode = 0;
//調(diào)用park()方法阻塞掛起當前線程
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;
//第一次進來，這個lastWaiter是null，即t = null,不會進入到這個if語句
if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
unlinkCancelledWaiters();
t = lastWaiter;
}
//創(chuàng)建一個Node.CONDITION類型的節(jié)點，然后下面這個if中就是將第一個節(jié)點firstWaiter和最后一個節(jié)點都指向這個新創(chuàng)建的節(jié)點
Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
if (t == null)
firstWaiter = node;
else
t.nextWaiter = node;
lastWaiter = node;
return node;
}
順便在看看signal方法：
public final void signal() {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
//條件隊列移除第一個節(jié)點，然后把這個節(jié)點丟到阻塞隊列中，然后激活這個線程
Node first = firstWaiter;
if (first != null)
doSignal(first);
}
我們想一想在AQS中阻塞隊列和條件隊列有什么關(guān)系??？
1.當多個線程調(diào)用lock.lock()方法的時候，只有一個線程獲取到可鎖，其他的線程都會被轉(zhuǎn)為Node節(jié)點丟到AQS的阻塞隊列中，并做CAS自旋獲取鎖；
2.當獲取到鎖的線程對應(yīng)的條件變量的await()方法被調(diào)用的時候，該線程就會釋放鎖，并把當前線程轉(zhuǎn)為Node節(jié)點放到條件變量對應(yīng)的條件隊列中；
3.這個時候AQS的阻塞隊列中又會有一個節(jié)點中的線程能得到鎖了，如果這個線程又恰巧調(diào)用了對應(yīng)條件變量的await()方法時，又會重復(fù)2的步驟，然后阻塞隊列中又會有一個節(jié)點中的線程獲得鎖
4.然后，又有一個線程調(diào)用了條件變量的signal()或者signalAll()方法，就會把條件隊列中一個或者所有的節(jié)點都移動到AQS阻塞隊列中，然后調(diào)用unpark方法進行授權(quán)，就等著獲得鎖了；
一個鎖對應(yīng)一個阻塞隊列，但是對應(yīng)多個條件變量，每一個條件變量對應(yīng)一個條件隊列；其中，這兩種隊列中存放的都是Node節(jié)點，Node節(jié)點中封裝了線程及其狀態(tài)
到此這篇關(guān)于Java面試必備之AQS阻塞隊列和條件隊列的文章就介紹到這了,更多相關(guān)AQS阻塞隊列和條件隊列內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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