> 本文部分摘自《Java 併發程式設計的藝術》
## 概述 任意一個 Java 物件，都擁有一個監視器方法，主要包括 wait()、wait(long timeout)、notify() 以及 notifyAll() 方法，這些方法與 synchronized 同步關鍵字配合，可以實現等待 - 通知模式。Condition 介面也提供了類似 Object 的監視器方法，與 Lock 配合可以實現等待 - 通知模式 Object 的監視器方法與 Condition 介面的對比： | 對比項 | Object 監視器方法 | Condition | | ---------------------------------------------------- | ------------------------- | ------------------------------------------------------------ | | 前置條件 | 獲取物件的監視器鎖 | 呼叫 Lock.lock() 獲取鎖呼叫 Lock.newCondition() 獲取 Condition 物件 | | 呼叫方法 | 直接呼叫如：object.wait() | 直接呼叫如：condition.await() | | 等待佇列個數 | 一個 | 多個 | | 當前執行緒釋放鎖並進入等待佇列 | 支援 | 支援 | | 當前執行緒釋放鎖並進入等待佇列，在等待狀態中不響應中斷 | 不支援 | 支援 | | 當前執行緒釋放鎖並進入超時等待狀態 | 支援 | 支援 | | 當前執行緒釋放鎖並進入等待狀態到將來的某個時間 | 不支援 | 支援 | | 喚醒等待佇列中的一個執行緒 | 支援 | 支援 | | 喚醒等待佇列中的全部執行緒 | 支援 | 支援 |
## 介面示例 Condition 定義了等待 - 通知兩種型別的方法，當前執行緒呼叫這些方法時，需要提前獲取到 Condition 物件關聯的鎖。Condition 物件是由 Lock 物件（呼叫 Lock 物件的 newCondition() 方法）建立，換句話說，Condition 是依賴 Lock 物件的 ```java public class ConditionUserCase { Lock lock = new ReentrantLock(); Condition condition = lock.newCondition(); public void conditionWait() throws InterruptedException { lock.lock(); try { condition.await(); } finally { lock.unlock(); } } public void conditionSignal() { lock.lock(); try { condition.signal(); } finally { lock.unlock(); } } } ``` 當呼叫 await() 方法後，當前執行緒會釋放鎖並在此等待，而其他執行緒呼叫 Condition 物件的 signal() 方法，通知當前執行緒後，當前執行緒才從 await() 方法返回，並且在返回前已經獲取了鎖 Condition 的部分方法以及描述： | 方法名稱 | 描 述 | | ------------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------------------ | | void await() throws InterruptedException | 當前執行緒進入等待狀態直到被通知（signal）或中斷。 | | void awaitUninterruptibly() | 當前執行緒進入等待狀態直到被通知，該方法不響應中斷。 | | long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException | 當前執行緒進入等待狀態直到被通知、中斷或者超時，返回值表示剩餘超時時間。 | | boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException | 當前執行緒進入等待狀態直到被通知、中斷或者到某個時間。如果沒有到指定時間就被通知，方法返回 true，否則，表示到了指定時間，返回 false。 | | void signal() | 喚醒一個等待在 Condition 上的執行緒，該執行緒從等待方法返回前必須獲得與 Condition 相關聯的鎖。 | | void signalAll() | 喚醒所有等待在 Condition 上的執行緒，能夠從等待方法返回的執行緒必須獲得與 Condition 相關聯的鎖。 | 下面通過一個有界佇列的示例來深入理解 Condition 的使用方式 ```java public class BoundedQueue { private Object[] items; // 新增的下標，刪除的下標和資料當前數量 private int addIndex, removeIndex, count; private Lock lock = new ReentrantLock(); private Condition notEmpty = lock.newCondition(); private Condition notFull = lock.newCondition(); public BoundedQueue(int size) { items = new Object[size]; } /** * 新增一個元素，如果陣列滿，則新增執行緒進入等待狀態，直到有空位 */ public void add(T t) throws InterruptedException { lock.lock(); try { while (count == items.length) { notFull.await(); } items[addIndex] = t; if (++addIndex == items.length) { addIndex = 0; } ++count; notEmpty.signal(); } finally { lock.unlock(); } } /** * 由頭部刪除一個元素，如果陣列空，則刪除執行緒進入等待狀態，直到有新元素新增 */ @SuppressWarnings("unchecked") public T remove() throws InterruptedException { lock.lock(); try { while (count == 0) { notEmpty.await(); } Object x = items[removeIndex]; if (++removeIndex == items.length) { removeIndex = 0; } --count; notFull.signal(); return (T) x; } finally { lock.unlock(); } } } ```

## 實現分析 ConditionObject 是同步器 AbstractQueuedSynchronizer 的內部類，每個 Condition 物件都包含著一個佇列（等待佇列），該佇列是 Condition 物件實現等待 - 通知功能的關鍵 #### 1. 等待佇列 等待佇列是一個 FIFO 佇列，在佇列中的每個節點都包含了一個執行緒引用，該執行緒就是在 Condition 物件上等待的執行緒，如果一個執行緒呼叫了 Condition.await() 方法，那麼該執行緒就會釋放鎖，構造成節點並加入等待佇列並進入等待狀態 一個 Condition 包含一個等待佇列，Condition 擁有首尾節點的引用，新增節點只需要將原有的尾節點 nextWaiter 指向它，並更新尾節點即可。節點引用更新的過程並沒有使用 CAS 來保證，原因在於呼叫 await() 方法的執行緒必定是獲取了鎖的執行緒，也就是該過程是由鎖來保證執行緒安全的  在 Object 的監視器模型上，一個物件擁有一個同步佇列和等待佇列，而併發包中的 Lock 擁有一個同步佇列和多個等待佇列，其對應關係如圖所示：  #### 2. 等待 呼叫 Condition 的 await() 方法，會使當前執行緒進入等待佇列並釋放鎖，同時執行緒狀態變為等待狀態。當從 await() 方法返回時，當前執行緒一定獲取了 Condition 相關聯的鎖 Condition 的 await() 方法如下所示： ```java public final void await() throws InterruptedException { // 檢測執行緒中斷狀態 if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); // 當前執行緒包裝為 Node 並加入等待佇列 Node node = addConditionWaiter(); // 釋放同步狀態，也就是釋放鎖 int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; // 檢測該節點是否在同步佇列中，如果不在，則繼續等待 while (!isOnSyncQueue(node)) { // 掛起執行緒 LockSupport.park(this); if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) break; } // 競爭同步狀態 if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode = REINTERRUPT; // 清理條件佇列中的不是在等待條件的節點 if (node.nextWaiter != null) unlinkCancelledWaiters(); // 對等待執行緒中斷，會丟擲異常 if (interruptMode != 0) reportInterruptAfterWait(interruptMode); } ``` #### 3. 通知 呼叫 Condition 的 signal() 方法，將會喚醒在等待佇列中等待時間最長的節點（首節點），在喚醒節點之前，會將節點移到同步佇列中 Condition 的 signal() 方法程式碼如下所示： ```java public final void signal() { // 檢查當前執行緒是否獲取了鎖 if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); // 獲取等待佇列首節點，移動到同步佇列並喚醒 Node first = firstWaiter; if (first != null) doSignal(first); } ``` Condition 的 signAll() 方法，相當於對等待佇列中的每個結點均執行一個 signal() 方法，效果就是將等待佇列中所有節點全部移動到同步佇列中，並喚醒每個節點的線