通过前面三篇的分析，我们深入了解了AbstractQueuedSynchronizer的内部结构和一些设计理念，知道了AbstractQueuedSynchronizer内部维护了一个同步状态和两个排队区，这两个排队区分别是同步队列和条件队列。我们还是拿公共厕所做比喻，同步队列是主要的排队区，如果公共厕所没开放，所有想要进入厕所的人都得在这里排队。而条件队列主要是为条件等待设置的，我们想象一下如果一个人通过排队终于成功获取锁进入了厕所，但在方便之前发现自己没带手纸，碰到这种情况虽然很无奈，但是它也必须接受这个事实，这时它只好乖乖的出去先准备好手纸(进入条件队列等待)，当然在出去之前还得把锁给释放了好让其他人能够进来，在准备好了手纸(条件满足)之后它又得重新回到同步队列中去排队。当然进入房间的人并不都是因为没带手纸，可能还有其他一些原因必须中断操作先去条件队列中去排队，所以条件队列可以有多个，依不同的等待条件而设置不同的条件队列。条件队列是一条单向链表，Condition接口定义了条件队列中的所有操作，AbstractQueuedSynchronizer内部的ConditionObject类实现了Condition接口，下面我们看看Condition接口都定义了哪些操作。
1 public interface Condition { 2 3 //响应线程中断的条件等待 4 void await() throws InterruptedException; 5 6 //不响应线程中断的条件等待 7 void awaitUninterruptibly(); 8 9 //设置相对时间的条件等待(不进行自旋) 10 long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException; 11 12 //设置相对时间的条件等待(进行自旋) 13 boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException; 14 15 //设置绝对时间的条件等待 16 boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException; 17 18 //唤醒条件队列中的头结点 19 void signal(); 20 21 //唤醒条件队列的所有结点 22 void signalAll(); 23 24 }
Condition接口虽然定义了这么多方法，但总共就分为两类，以await开头的是线程进入条件队列等待的方法，以signal开头的是将条件队列中的线程“唤醒”的方法。这里要注意的是，调用signal方法可能唤醒线程也可能不会唤醒线程，什么时候会唤醒线程这得看情况，后面会讲到，但是调用signal方法一定会将线程从条件队列中移到同步队列尾部。这里为了叙述方便，我们先暂时不纠结这么多，统一称signal方法为唤醒条件队列线程的操作。大家注意看一下，await方法分为5种，分别是响应线程中断等待，不响应线程中断等待，设置相对时间不自旋等待，设置相对时间自旋等待，设置绝对时间等待；signal方法只有2种，分别是只唤醒条件队列头结点和唤醒条件队列所有结点的操作。同一类的方法基本上是相通的，由于篇幅所限，我们不可能也不需要将这些方法全部仔细的讲到，只需要将一个代表方法搞懂了再看其他方法就能够触类旁通。所以在本文中我只会细讲await方法和signal方法，其他方法不细讲但会贴出源码来以供大家参考。
1. 响应线程中断的条件等待
1 //响应线程中断的条件等待 2 public final void await() throws InterruptedException { 3 //如果线程被中断则抛出异常 4 if (Thread.interrupted()) { 5 throw new InterruptedException(); 6 } 7 //将当前线程添加到条件队列尾部 8 Node node = addConditionWaiter(); 9 //在进入条件等待之前先完全释放锁 10 int savedState = fullyRelease(node); 11 int interruptMode = 0; 12 //线程一直在while循环里进行条件等待 13 while (!isOnSyncQueue(node)) { 14 //进行条件等待的线程都在这里被挂起, 线程被唤醒的情况有以下几种： 15 //1.同步队列的前继结点已取消 16 //2.设置同步队列的前继结点的状态为SIGNAL失败 17 //3.前继结点释放锁后唤醒当前结点 18 LockSupport.park(this); 19 //当前线程醒来后立马检查是否被中断, 如果是则代表结点取消条件等待, 此时需要将结点移出条件队列 20 if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) { 21 break; 22 } 23 } 24 //线程醒来后就会以独占模式获取锁 25 if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) { 26 interruptMode = REINTERRUPT; 27 } 28 //这步操作主要为防止线程在signal之前中断而导致没与条件队列断绝联系 29 if (node.nextWaiter != null) { 30 unlinkCancelledWaiters(); 31 } 32 //根据中断模式进行响应的中断处理 33 if (interruptMode != 0) { 34 reportInterruptAfterWait(interruptMode); 35 } 36 }
当线程调用await方法的时候，首先会将当前线程包装成node结点放入条件队列尾部。在addConditionWaiter方法中，如果发现条件队列尾结点已取消就会调用unlinkCancelledWaiters方法将条件队列所有的已取消结点清空。这步操作是插入结点的准备工作，那么确保了尾结点的状态也是CONDITION之后，就会新建一个node结点将当前线程包装起来然后放入条件队列尾部。注意，这个过程只是将结点添加到同步队列尾部而没有挂起线程哦。
第二步：完全将锁释放
1 //完全释放锁 2 final int fullyRelease(Node node) { 3 boolean failed = true; 4 try { 5 //获取当前的同步状态 6 int savedState = getState(); 7 //使用当前的同步状态去释放锁 8 if (release(savedState)) { 9 failed = false; 10 //如果释放锁成功就返回当前同步状态 11 return savedState; 12 } else { 13 //如果释放锁失败就抛出运行时异常 14 throw new IllegalMonitorStateException(); 15 } 16 } finally { 17 //保证没有成功释放锁就将该结点设置为取消状态 18 if (failed) { 19 node.waitStatus = Node.CANCELLED; 20 } 21 } 22 }
将当前线程包装成结点添加到条件队列尾部后，紧接着就调用fullyRelease方法释放锁。注意，方法名为fullyRelease也就这步操作会完全的释放锁，因为锁是可重入的，所以在进行条件等待前需要将锁全部释放了，不然的话别人就获取不了锁了。如果释放锁失败的话就会抛出一个运行时异常，如果成功释放了锁的话就返回之前的同步状态。
第三步：进行条件等待
1 //线程一直在while循环里进行条件等待 2 while (!isOnSyncQueue(node)) { 3 //进行条件等待的线程都在这里被挂起, 线程被唤醒的情况有以下几种： 4 //1.同步队列的前继结点已取消 5 //2.设置同步队列的前继结点的状态为SIGNAL失败 6 //3.前继结点释放锁后唤醒当前结点 7 LockSupport.park(this); 8 //当前线程醒来后立马检查是否被中断, 如果是则代表结点取消条件等待, 此时需要将结点移出条件队列 9 if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) { 10 break; 11 } 12 } 13 14 //检查条件等待时的线程中断情况 15 private int checkInterruptWhileWaiting(Node node) { 16 //中断请求在signal操作之前：THROW_IE 17 //中断请求在signal操作之后：REINTERRUPT 18 //期间没有收到任何中断请求：0 19 return Thread.interrupted() ? (transferAfterCancelledWait(node) ? THROW_IE : REINTERRUPT) : 0; 20 } 21 22 //将取消条件等待的结点从条件队列转移到同步队列中 23 final boolean transferAfterCancelledWait(Node node) { 24 //如果这步CAS操作成功的话就表明中断发生在signal方法之前 25 if (compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) { 26 //状态修改成功后就将该结点放入同步队列尾部 27 enq(node); 28 return true; 29 } 30 //到这里表明CAS操作失败, 说明中断发生在signal方法之后 31 while (!isOnSyncQueue(node)) { 32 //如果sinal方法还没有将结点转移到同步队列, 就通过自旋等待一下 33 Thread.yield(); 34 } 35 return false; 36 }
在以上两个操作完成了之后就会进入while循环，可以看到while循环里面首先调用LockSupport.park(this)将线程挂起了，所以线程就会一直在这里阻塞。在调用signal方法后仅仅只是将结点从条件队列转移到同步队列中去，至于会不会唤醒线程需要看情况。如果转移结点时发现同步队列中的前继结点已取消，或者是更新前继结点的状态为SIGNAL失败，这两种情况都会立即唤醒线程，否则的话在signal方法结束时就不会去唤醒已在同步队列中的线程，而是等到它的前继结点来唤醒。当然，线程阻塞在这里除了可以调用signal方法唤醒之外，线程还可以响应中断，如果线程在这里收到中断请求就会继续往下执行。可以看到线程醒来后会马上检查是否是由于中断唤醒的还是通过signal方法唤醒的，如果是因为中断唤醒的同样会将这个结点转移到同步队列中去，只不过是通过调用transferAfterCancelledWait方法来实现的。最后执行完这一步之后就会返回中断情况并跳出while循环。
第四步：结点移出条件队列后的操作
1 //线程醒来后就会以独占模式获取锁 2 if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) { 3 interruptMode = REINTERRUPT; 4 } 5 //这步操作主要为防止线程在signal之前中断而导致没与条件队列断绝联系 6 if (node.nextWaiter != null) { 7 unlinkCancelledWaiters(); 8 } 9 //根据中断模式进行响应的中断处理 10 if (interruptMode != 0) { 11 reportInterruptAfterWait(interruptMode); 12 } 13 14 //结束条件等待后根据中断情况做出相应处理 15 private void reportInterruptAfterWait(int interruptMode) throws InterruptedException { 16 //如果中断模式是THROW_IE就抛出异常 17 if (interruptMode == THROW_IE) { 18 throw new InterruptedException(); 19 //如果中断模式是REINTERRUPT就自己挂起 20 } else if (interruptMode == REINTERRUPT) { 21 selfInterrupt(); 22 } 23 }
当线程终止了while循环也就是条件等待后，就会回到同步队列中。不管是因为调用signal方法回去的还是因为线程中断导致的，结点最终都会在同步队列中。这时就会调用acquireQueued方法执行在同步队列中获取锁的操作，这个方法我们在独占模式这一篇已经详细的讲过。也就是说，结点从条件队列出来后又是乖乖的走独占模式下获取锁的那一套，等这个结点再次获得锁之后，就会调用reportInterruptAfterWait方法来根据这期间的中断情况做出相应的响应。如果中断发生在signal方法之前，interruptMode就为THROW_IE，再次获得锁后就抛出异常；如果中断发生在signal方法之后，interruptMode就为REINTERRUPT，再次获得锁后就重新中断。
2.不响应线程中断的条件等待
1 //不响应线程中断的条件等待 2 public final void awaitUninterruptibly() { 3 //将当前线程添加到条件队列尾部 4 Node node = addConditionWaiter(); 5 //完全释放锁并返回当前同步状态 6 int savedState = fullyRelease(node); 7 boolean interrupted = false; 8 //结点一直在while循环里进行条件等待 9 while (!isOnSyncQueue(node)) { 10 //条件队列中所有的线程都在这里被挂起 11 LockSupport.park(this); 12 //线程醒来发现中断并不会马上去响应 13 if (Thread.interrupted()) { 14 interrupted = true; 15 } 16 } 17 if (acquireQueued(node, savedState) || interrupted) { 18 //在这里响应所有中断请求, 满足以下两个条件之一就会将自己挂起 19 //1.线程在条件等待时收到中断请求 20 //2.线程在acquireQueued方法里收到中断请求 21 selfInterrupt(); 22 } 23 }
3.设置相对时间的条件等待(不进行自旋)
1 //设置定时条件等待(相对时间), 不进行自旋等待 2 public final long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException { 3 //如果线程被中断则抛出异常 4 if (Thread.interrupted()) { 5 throw new InterruptedException(); 6 } 7 //将当前线程添加到条件队列尾部 8 Node node = addConditionWaiter(); 9 //在进入条件等待之前先完全释放锁 10 int savedState = fullyRelease(node); 11 long lastTime = System.nanoTime(); 12 int interruptMode = 0; 13 while (!isOnSyncQueue(node)) { 14 //判断超时时间是否用完了 15 if (nanosTimeout <= 0L) { 16 //如果已超时就需要执行取消条件等待操作 17 transferAfterCancelledWait(node); 18 break; 19 } 20 //将当前线程挂起一段时间, 线程在这期间可能被唤醒, 也可能自己醒来 21 LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout); 22 //线程醒来后先检查中断信息 23 if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) { 24 break; 25 } 26 long now = System.nanoTime(); 27 //超时时间每次减去条件等待的时间 28 nanosTimeout -= now - lastTime; 29 lastTime = now; 30 } 31 //线程醒来后就会以独占模式获取锁 32 if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) { 33 interruptMode = REINTERRUPT; 34 } 35 //由于transferAfterCancelledWait方法没有把nextWaiter置空, 所有这里要再清理一遍 36 if (node.nextWaiter != null) { 37 unlinkCancelledWaiters(); 38 } 39 //根据中断模式进行响应的中断处理 40 if (interruptMode != 0) { 41 reportInterruptAfterWait(interruptMode); 42 } 43 //返回剩余时间 44 return nanosTimeout - (System.nanoTime() - lastTime); 45 }
4.设置相对时间的条件等待(进行自旋)
1 //设置定时条件等待(相对时间), 进行自旋等待 2 public final boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException { 3 if (unit == null) { throw new NullPointerException(); } 4 //获取超时时间的毫秒数 5 long nanosTimeout = unit.toNanos(time); 6 //如果线程被中断则抛出异常 7 if (Thread.interrupted()) { throw new InterruptedException(); } 8 //将当前线程添加条件队列尾部 9 Node node = addConditionWaiter(); 10 //在进入条件等待之前先完全释放锁 11 int savedState = fullyRelease(node); 12 //获取当前时间的毫秒数 13 long lastTime = System.nanoTime(); 14 boolean timedout = false; 15 int interruptMode = 0; 16 while (!isOnSyncQueue(node)) { 17 //如果超时就需要执行取消条件等待操作 18 if (nanosTimeout <= 0L) { 19 timedout = transferAfterCancelledWait(node); 20 break; 21 } 22 //如果超时时间大于自旋时间, 就将线程挂起一段时间 23 if (nanosTimeout >= spinForTimeoutThreshold) { 24 LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout); 25 } 26 //线程醒来后先检查中断信息 27 if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) { 28 break; 29 } 30 long now = System.nanoTime(); 31 //超时时间每次减去条件等待的时间 32 nanosTimeout -= now - lastTime; 33 lastTime = now; 34 } 35 //线程醒来后就会以独占模式获取锁 36 if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) { 37 interruptMode = REINTERRUPT; 38 } 39 //由于transferAfterCancelledWait方法没有把nextWaiter置空, 所有这里要再清理一遍 40 if (node.nextWaiter != null) { 41 unlinkCancelledWaiters(); 42 } 43 //根据中断模式进行响应的中断处理 44 if (interruptMode != 0) { 45 reportInterruptAfterWait(interruptMode); 46 } 47 //返回是否超时标志 48 return !timedout; 49 }
5.设置绝对时间的条件等待
1 //设置定时条件等待(绝对时间) 2 public final boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException { 3 if (deadline == null) { throw new NullPointerException(); } 4 //获取绝对时间的毫秒数 5 long abstime = deadline.getTime(); 6 //如果线程被中断则抛出异常 7 if (Thread.interrupted()) { throw new InterruptedException(); } 8 //将当前线程添加到条件队列尾部 9 Node node = addConditionWaiter(); 10 //在进入条件等待之前先完全释放锁 11 int savedState = fullyRelease(node); 12 boolean timedout = false; 13 int interruptMode = 0; 14 while (!isOnSyncQueue(node)) { 15 //如果超时就需要执行取消条件等待操作 16 if (System.currentTimeMillis() > abstime) { 17 timedout = transferAfterCancelledWait(node); 18 break; 19 } 20 //将线程挂起一段时间, 期间线程可能被唤醒, 也可能到了点自己醒来 21 LockSupport.parkUntil(this, abstime); 22 //线程醒来后先检查中断信息 23 if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) { 24 break; 25 } 26 } 27 //线程醒来后就会以独占模式获取锁 28 if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) { 29 interruptMode = REINTERRUPT; 30 } 31 //由于transferAfterCancelledWait方法没有把nextWaiter置空, 所有这里要再清理一遍 32 if (node.nextWaiter != null) { 33 unlinkCancelledWaiters(); 34 } 35 //根据中断模式进行响应的中断处理 36 if (interruptMode != 0) { 37 reportInterruptAfterWait(interruptMode); 38 } 39 //返回是否超时标志 40 return !timedout; 41 }
6.唤醒条件队列中的头结点
1 //唤醒条件队列中的下一个结点 2 public final void signal() { 3 //判断当前线程是否持有锁 4 if (!isHeldExclusively()) { 5 throw new IllegalMonitorStateException(); 6 } 7 Node first = firstWaiter; 8 //如果条件队列中有排队者 9 if (first != null) { 10 //唤醒条件队列中的头结点 11 doSignal(first); 12 } 13 } 14 15 //唤醒条件队列中的头结点 16 private void doSignal(Node first) { 17 do { 18 //1.将firstWaiter引用向后移动一位 19 if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null) { 20 lastWaiter = null; 21 } 22 //2.将头结点的后继结点引用置空 23 first.nextWaiter = null; 24 //3.将头结点转移到同步队列, 转移完成后有可能唤醒线程 25 //4.如果transferForSignal操作失败就去唤醒下一个结点 26 } while (!transferForSignal(first) && (first = firstWaiter) != null); 27 } 28 29 //将指定结点从条件队列转移到同步队列中 30 final boolean transferForSignal(Node node) { 31 //将等待状态从CONDITION设置为0 32 if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) { 33 //如果更新状态的操作失败就直接返回false 34 //可能是transferAfterCancelledWait方法先将状态改变了, 导致这步CAS操作失败 35 return false; 36 } 37 //将该结点添加到同步队列尾部 38 Node p = enq(node); 39 int ws = p.waitStatus; 40 if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL)) { 41 //出现以下情况就会唤醒当前线程 42 //1.前继结点是取消状态 43 //2.更新前继结点的状态为SIGNAL操作失败 44 LockSupport.unpark(node.thread); 45 } 46 return true; 47 }
可以看到signal方法最终的核心就是去调用transferForSignal方法，在transferForSignal方法中首先会用CAS操作将结点的状态从CONDITION设置为0，然后再调用enq方法将该结点添加到同步队列尾部。我们再看到接下来的if判断语句，这个判断语句主要是用来判断什么时候会去唤醒线程，出现这两种情况就会立即唤醒线程，一种是当发现前继结点的状态是取消状态时，还有一种是更新前继结点的状态失败时。这两种情况都会马上去唤醒线程，否则的话就仅仅只是将结点从条件队列中转移到同步队列中就完了，而不会立马去唤醒结点中的线程。signalAll方法也大致类似，只不过它是去循环遍历条件队列中的所有结点，并将它们转移到同步队列，转移结点的方法也还是调用transferForSignal方法。
7.唤醒条件队列的所有结点
1 //唤醒条件队列后面的全部结点 2 public final void signalAll() { 3 //判断当前线程是否持有锁 4 if (!isHeldExclusively()) { 5 throw new IllegalMonitorStateException(); 6 } 7 //获取条件队列头结点 8 Node first = firstWaiter; 9 if (first != null) { 10 //唤醒条件队列的所有结点 11 doSignalAll(first); 12 } 13 } 14 15 //唤醒条件队列的所有结点 16 private void doSignalAll(Node first) { 17 //先把头结点和尾结点的引用置空 18 lastWaiter = firstWaiter = null; 19 do { 20 //先获取后继结点的引用 21 Node next = first.nextWaiter; 22 //把即将转移的结点的后继引用置空 23 first.nextWaiter = null; 24 //将结点从条件队列转移到同步队列 25 transferForSignal(first); 26 //将引用指向下一个结点 27 first = next; 28 } while (first != null); 29 }
至此，我们整个的AbstractQueuedSynchronizer源码分析就结束了，相信通过这四篇的分析，大家能更好的掌握并理解AQS。这个类确实很重要，因为它是其他很多同步类的基石，由于笔者水平和表达能力有限，如果哪些地方没有表述清楚的，或者理解不到位的，还请广大读者们能够及时指正，共同探讨学习。可在下方留言阅读中所遇到的问题，如果有需要AQS注释源码的也可联系笔者索取。
注：以上全部分析基于JDK1.7，不同版本间会有差异，读者需要注意
