LockSupport 和 Condition接口
一、概述
任意一个Java对象，都拥有一组监视器方法（定义在java.lang.Object上）。
主要包括 wait()、wait(long timeout)、notify()、notifyAll() 方法，这些方法与synchronized同步关键字配合，可以实现 等待/通知模式。
Object的等待/通知模式如下：
Condition 接口也提供了类似 Object 的监视器方法，与 Lock 配合可以实现等待/通知模式，但这两者在使用方式以及功能特性上有差别。
Object监视器方法与Condition接口对比如下图：
二、Condition 接口与示例
1. 使用示例
Condition 定义了等待/通知两种类型的方法，Condition对象由Lock.newCondition() 方法创建出来。
注意：
当前线程调用等待/通知两种类型方法时，需要提前获取到Condition对象关联的锁。
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
public void conditionWait() throws InterruptedException {
lock.lock(); //1.先获取锁
try {
condition.await(); //2.让当前线程进入等待队列，同时会释放持有的锁。
} finally {
lock.unlock(); //3.释放锁
}
}
public void conditionSignal() throws InterruptedException {
lock.lock(); //1.先获取锁
try {
condition.signal(); //2.唤醒等待队列中头节点线程，使之进入AQS同步队列。
} finally {
lock.unlock(); //3.释放锁
}
}
2. Condition 接口
Condition 接口内的方法主要分为两部分：
- 以
await开头的方法使当前线程进入等待队列； - 以
signal开头的方法使当前线程从等待队列进入到AQS的同步队列中；
该接口的应用可以参考：ArrayBlockingQueue源码分析
三、Condition 实现原理
ConditionObject 是同步器 AbstractQueuedSynchronizer 的内部类。每个Condition对象都包含着一个队列（称为等待队列），该队列是Condition对象实现等待/通知功能的关键。
说明：
AbstractQueuedSynchronizer内维护的队列称为： 同步队列
Condition内维护的队列称为： 等待队列
下面分析Condition的实现，分为三部分：
- 等待队列
- 等待
- 通知
1. 等待队列
- 等待队列是一个FIFO的队列。
- 队列中的每个节点都包含了一个线程引用，该线程就是在Condition对象上等待的线程。
- 如果一个线程调用了Condition.await()方法，那么该线程将会释放锁、构造成节点加入等待队列并进入等待状态 (节点的定义复用了同步器中节点的定义)。
- 一个 Condition 包含一个等待队列，Condition拥有首节点（firstWaiter）和尾节点（lastWaiter）。
当前线程调用 Condition.await() 方法后，将会以当前线程构造节点，并将节点从尾部加入等待队列。加入尾部的过程并没有使用CAS保证，原因在于调用await()方法的线程必定是获取了锁的线程，也就是说该过程是由锁来保证线程安全的。
等待队列的基本结构如图所示：
Object 和 Lock 中同步队列、等待队列个数的差异：
- 在 Object 的监视器模型上，一个对象拥有 一个同步队列 和 一个等待队列。
- Lock（更确切地说是同步器）拥有 一个同步队列 和 多个等待队列，其对应关系如图所示。
2. 等待
调用以 await 开头的方法（如Condition.await()方法），会使当前线程进入等待队列并释放锁，同时线程状态变为等待状态。当从await()方法返回时，当前线程一定获取了Condition相关联的锁。
如果从队列（同步队列和等待队列）的角度看await()方法，当调用await()方法时，相当于同步队列的首节点（获取了锁的节点）移动到Condition的等待队列中。
// AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject.class
public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
// 当前线程加入等待队列
Node node = addConditionWaiter();
// 释放同步状态，也就是释放锁
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);
}
调用该方法的线程成功获取了锁的线程，也就是同步队列中的首节点，该方法会将当前线程构造成节点并加入等待队列中，然后释放同步状态，唤醒同步队列中的后继节点，然后当前线程会进入等待状态。
当等待队列中的节点被唤醒，则唤醒节点的线程开始尝试获取同步状态。如果不是通过其他线程调用Condition.signal()方法唤醒，而是对等待线程进行中断，则会抛出InterruptedException。
如果从队列的角度去看，当前线程加入Condition 等待队列的过程 如图示。
3. 通知
调用Condition的signal()方法，将会唤醒在等待队列中等待时间最长的节点（首节点），在唤醒节点之前，会将节点移到同步队列中。
Condition的signal()方法，如代码如下所示：
public final void signal() {
if (!isHeldExclusively()) //1.校验是否获取锁(在调用signal()方法的前提是当前线程必须持有锁)
throw new IllegalMonitorStateException();
Node first = firstWaiter; //2.获取等待队列的首节点
if (first != null)
doSignal(first); //3.将等待队列中的首节点移动到同步队列中，并唤醒该节点中的线程。
}
调用 signal() 方法有如下3步骤：
- 前置条件： 调用该方法前，当前线程必须获取了锁。因此进行了isHeldExclusively()检查。
- 接着获取等待队列的首节点。
- 将其移动到同步队列并使用LockSupport唤醒节点中的线程。
节点从等待队列移动到同步队列的过程如图所示。
通过调用同步器的enq(Node node)方法，等待队列中的头节点线程安全地移动到同步队列。当节点移动到同步队列后，当前线程再使用LockSupport唤醒该节点的线程。
被唤醒后的线程，将从await()方法中的while循环中退出（isOnSyncQueue(Node node) 方法返回true，节点已经在同步队列中），进而调用同步器的 acquireQueued() 方法加入到获取同步状态的竞争中。
成功获取同步状态（或者说锁）之后，被唤醒的线程将从先前调用的await()方法返回，此时该线程已经成功地获取了锁。
Condition的 signalAll() 方法，相当于对等待队列中的每个节点均执行一次signal()方法，效果就是将等待队列中所有节点全部移动到同步队列中，并唤醒每个节点的线程。
4. Condition 的应用
该接口的应用可以参考：ArrayBlockingQueue源码分析
四、LockSupport 类
LockSupport 定义了一组的公共静态方法，这些方法提供了最基本的线程阻塞和唤醒功能，而LockSupport也成为构建同步组件的基础工具。
- 以
park开头的方法用来阻塞当前线程。 - 以
unpark(Thread thread)方法来唤醒一个被阻塞的线程。
五、参考
- 《Java并发编程的艺术》
