Java并发编程之Condition接口与ConditionObject等待队列源码详解

Condition接口

Condition接口能做什么

Condition接口提供了类似java.lang.Object所提供的监视器方法，配合Lock接口可以实现等待/通知模式。首先援引一张《Java并发编程的艺术》之中的表格来展示二者的特点与异同。

为什么需要Condition

在前文的表格中其实已经可以窥见这个问题的端倪，除了Condition所支持的等待/通知模式增加了更多等待状态的支持，最关键的在于等待队列的个数，即Object的一组监视器方法（搭配内置锁）只能支持一个等待队列，每个Condition对象都包含一个等待队列，可以使用多个Conditon（搭配Lock及同步器AQS）以实现多等待队列（每个队列对应不同等待条件）。

设想这样一种情况，若干线程在等待队列上可以有多个唤醒条件，假设出现事件A和事件B时分别唤醒唤醒某组线程，在这种情况下，如果使用内置锁搭配Object的监视器方法，显然不能满足需求，因为notify和notifyAll都不能唤醒指定线程，此时便需要使用显示锁Lock搭配Condition以实现多等待队列满足需求。

Condition接口定义

public interface Condition {
   
	/** 基础阻塞方法 */
	void await() throws InterruptedException;
	/** 阻塞且不响应中断 */
	void awaitUninterruptibly();
	/** 等待nanosTimeout时间后 唤醒线程 */
	long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;
	/** 等效于awaitNanos(unit.toNanos(time) */
	boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
	/** 时间超过deadline时 唤醒线程 */
	boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;
	/** 唤醒一个等待队列上的线程 */
	void signal();
	/** 唤醒全部等待队列上的线程 */
	void signalAll();
}

ConditionObject等待队列实现/设计思路

ConditionObject是Condition的具体实现类，由ConditionObject实现了等待队列，等待队列是一个FIFO队列，等待队列中的每个Node节点都保存线程及相关信息，采取链式存储。
等待队列结构示意图如下：

同步队列与等待队列

当有线程尝试获取资源时，线程会被封装在Node节点中并加入同步队列，同步队列的首个节点是成功获取资源的节点，其余节点均进入阻塞状态，等待尝试获取资源。同步队列中阻塞的线程都是要等待尝试获取资源的。

当同步队列中的线程调用了ConditionObject提供的等待方法后，线程会释放当前资源，并将封装了当前线程的节点加入等待队列。在等待队列中的线程均为阻塞状态且不会尝试获取资源，等待其他线程通知后重新加入同步队列尝试获取资源。

某同步器内同步队列与等待队列结构示意图如下：

等待

调用ConditionObject提供的await()方法，同步队列的首节点会首先释放资源，然后唤醒同步队列中的后继节点，随后将当前线程加入到等待队列中并阻塞，此过程在下文源码分析中会详细介绍。
此过程示意图如下：

通知

调用ConditionObject提供的signal()方法，会唤醒在等待队列中等待时间最长的节点，即首节点，并将对应线程重新添加到同步队列中，并尝试获取资源（如果获取资源仍会被阻塞）。
此过程示意图如下：

ConditionObject源码解析

ConditionObject是同步器AbstractQueuedSynchronizer（以下简称AQS）的内部类，同步器AQS是用于实现阻塞锁和同步组件的基础框架，AQS详解见我之前的文章Java并发编程之队列同步器AQS源码详解，接下来一起通过ConditionObject以及AQS内相关实现方法源码分析等待队列是如何实现的。

注1：为了更好的理解Condition，建议先读AQS相关的文章，因为AQS中维护的同步队列和Condition所实现的等待队列都是基于Node节点实现的，先前文章已经分析过，本篇不再赘述，且二者在实际应用中搭配使用，Condition等待队列的分析也离不开AQS的同步队列。

注2：本文陈列并分析的不是全部源码，部分无关部分省略。

注3：由Condition实现的队列可称作条件队列，本文后文都将其称为等待队列，由AQS实现维护的称作同步队列。

Node节点

首先看一下Node节点的定义，源码如下：

	static final class Node {
   
		/** 表示当前是共享模式 */
		 static final Node SHARED = new Node();
		/** 表示当前是独占模式 */
	    static final Node EXCLUSIVE = null;
		/** 表示当前节点线程取消等待 */
	    static final int CANCELLED =  1;
		/** 表示当前节点释放资源或被需要 */
	    static final int SIGNAL    = -1;
		/** 表示该节点在Condition等待队列上等待 唤醒后重新加入同步队列 */
	    static final int CONDITION = -2;
		/** 仅用于共享模式 表示下次同步状态的获取会向后传播 */
	    static final int PROPAGATE = -3;
		/** 等待状态字段 为0时表示初始状态 其余值含义分别对应上面四个常量的注释 */
	    volatile int waitStatus;
		/** 同步队列中所使用的前驱节点 */
	    volatile Node prev;
		/** 同步队列中所使用的后继节点 */
	    volatile Node next;
		/** 等待获取资源的线程 */
	    volatile Thread thread;
		/** 指向下一个节点 */
	    Node nextWaiter;
	
	    final boolean isShared() {
   
	        return nextWaiter == SHARED;
	    }
		/** 检查前驱节点 */
	    final Node predecessor