本文是Java线程安全和并发编程知识总结的一部分。
2.2.2 条件锁Conditioin
从实际上来看，条件锁本身其实并不是锁，而是从锁上获取到的一个工具包，这个工具包在底层通过条件线程队列，将一组线程和某个条件绑定起来，并提供了适当的时候挂起当前线程、唤醒（条件线程队列内匹配的）其他线程、或被其（条件线程队列内）他线程唤醒的方法。
Condition本身表现为一个接口，以及JDK的内置实现ConditionObject，并提供如下方法：
- await(): 该方法将导致当前线程挂起，释放锁，直到被其他线程唤醒。
- signal(): 该方法将唤醒等候当前条件的线程队列中的某个线程。
- signalAll(): 该方法将唤醒等候当前条件的线程队列中的所有线程。
- await的各种重载方法或类似方法：awaitUninterruptibly、awaitNanos、awaitUntil
条件对象和条件线程队列的关联是隐式的，当你使用Condition上的上述方法时，就启用了对应的条件线程队列，我们无需直接去创建、维护和使用条件线程队列。同时每个条件对象都对应了一个条件线程队列。实际上，JDK提供的两种条件对象的实现ConditionObject，本身就是两种条件队列实现类 AbstractQueuedSynchronizer、AbstractQueuedLongSynchronizer的内部类。
实际上，正如每个对象背后都有一个内置锁一样，每个对象背后，都有一个内置条件线程队列。当你使用Object提供的如下方法时，你就激活了这个队列：
- wait(): 挂起当前线程直到被唤醒。
- notify()： 唤醒等候当前对象内置锁的内置条件队列中的某个线程。
- notifyAll()：唤醒等候当前对象内置锁的内置条件队列中的所有线程。
看看是不是和Condition的对应方法非常像？差别只在于内置条件线程队列是和对象的内置锁绑定的，也就是内置锁只有一个内置条件线程队列；而通过Condition访问的条件线程队列是和创建Condition的锁绑定给的，因此一个锁可以存着多个条件线程队列，只要通过。
内置锁、内置条件线程队列，他们已经被默认提供并在你使用synchronized关键词时被使用，非常的方便。但也失去了一些灵活性。比如，你不能将内置锁和任意条件关联。而通过Condition以及其背后的条件线程队列，则允许你自己控制锁到底和那个（或那几个）条件关联。
如何使用条件锁
条件对象和那个状态相关联，是由调用者决定的。下面通过一个例子来说明如何使用。假设我们要实现一个连接池的，获取连接的方法满足如下行为：
- 当池中有空闲连接时，获取线程方法立即返回并成功；
- 当池中无空闲连接且连接池未满，则获取连接的线程阻塞直到有空闲连接；
- 当池已满，且无空闲连接，则获取连接的线程阻塞直到超时或有空闲连接；
- 为了简化问题，其他方法就不提供实现了，示意即可；
/**
* @author xx
* 2020年2月5日 下午5:28:18 xx
*/
public class ConnectionPool<T> {
private final Lock lock = new ReentrantLock();
/**
* 连接池的容量
*/
private int capacity;
/**
* 获取连接的超时时长
*/
private int fetchTimeOut;
/**
* 当前连接池的总大小
*/
private int totalSize;
/**
* 代表连接池尚未满的条件（连接数未超过池大小，和状态属性 totalSize 和 capacity 有关）
*/
private final Condition isFull = this.lock.newCondition();
/**
* 代表连接池未满但无空闲连接的条件。
*/
private final Condition needIncr = this.lock.newCondition();
/**
* 空闲连接的容器
*/
private LinkedList<T> freeConnections;
/**
* 正在使用的连接的容器
*/
private LinkedList<T> busyConnections;
/**
*
* 构造函数
* @param capacity 连接池大小
* @param fetchTimeOut 连接池获取连接超时时长（s）
*/
public ConnectionPool(int capacity, int fetchTimeOut) {
this.capacity = capacity;
this.fetchTimeOut = fetchTimeOut;
this.totalSize = 0;
this.freeConnections = new LinkedList<T>();
this.busyConnections = new LinkedList<T>();
}
/**
* 缓存的连接低于1个时，自动增加空闲连接。
* 2020年2月5日 下午6:40:36 xx添加此方法
*/
public void incNewConnections() {
this.lock.lock();
try {
// 如果空闲连接数多余1个，则当前线程休眠，并放入 needIncr 条件对应的条件线程队列。
while (this.freeConnections.size() > 1) {
// 该语句将导致当前线程休眠，并被放入 needIncr 条件对应的条件线程队列
this.needIncr.await();
}
// 新缓存一批空闲连接
this.createConnections();
// 该语句会唤醒 needIncr 条件对应的条件线程队列中所有线程（获取连接的线程），方便通知获取连接的线程可以获取连接了
this.needIncr.notifyAll();
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException("创建连接时线程中断异常", e);
} finally {
this.lock.unlock();
}
}
/**
* 从连接池获取一个连接
* 2020年2月5日 下午5:28:18 xx添加此方法
*/
public T fetchConnectioin(int index) {
this.lock.lock();
try {
// 如果连接池满了，则当前线程休眠，等到有人释放连接或超时
while (this.totalSize == this.capacity) {
// 该语句将导致当前线程休眠并被放入 isFull 条件对应的条件线程队列
this.isFull.await(this.fetchTimeOut, TimeUnit.SECONDS);
}
// 如果没有空闲连接，则当前线程挂起等待连接初始化完成
if (this.freeConnections.isEmpty()) {
// 该语句将导致当前线程休眠并被放入 needIncr 条件对应的条件线程队列，等待连接创建线程完成工作后唤醒。
this.needIncr.await();
}
T element = this.freeConnections.remove(this.freeConnections.size() - 1);
this.busyConnections.add(element);
return element;
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException("获取连接时发生线程中断", e);
} finally {
this.lock.unlock();
}
}
/**
* 创建一个物理连接。
* 本方法无需线程安全保护，因为它会被其他线程安全的方法调用。
* 2020年2月5日 下午5:28:18 xx添加此方法
* @param batchSize 一批次大小
* @return
*/
private void createConnections() {
// 如果空闲连接数少于等于1个，则新创建最多10个连接并缓存起来
int batchSize = this.capacity - this.totalSize;
if (batchSize > 10) {
batchSize = 10;
}
// 这里模拟创建连接的逻辑
List<T> ts = new ArrayList<>(10);
this.freeConnections.addAll(ts);
this.totalSize += batchSize;
}
/**
* 将连接释放会连接池
* 2020年2月5日 下午5:28:18 xx添加此方法
*/
public void releaseConnection(T connection) {
this.lock.lock();
try {
if (this.busyConnections.remove(connection)) {
this.freeConnections.add(connection);
// 该语句将唤醒 isFull 条件对应条件线程队列中的所有线程（都是在等待空闲连接的线程）
this.isFull.signalAll();
}
} finally {
this.lock.unlock();
}
}
}
温馨提示：
本连接池例子只是为了说明如何使用条件锁，真实的连接池绝非如此简单，请勿模仿。
这个例子想要说明如下几点：
- 条件是通过锁创建的。
- 锁创建条件，那个锁创建的条件，就和那个锁绑定。
- 一个锁可以创建多个条件。
- 内置锁有且只有一个对应的内置条件线程队列。
- 条件锁中的条件（本例中的 isFull 属性），实际上是代表一种状态的抽象概念；至于这种状态具体是什么，有什么意义，都由调用者的逻辑决定；如果调用者的逻辑使用不当，JDK的条件锁本身，并不能分辨，也不能控制。
- 本例中的 isFull 条件，实际上是和
this.totalSize == this.capacity这个场景关联的。- 本例中的 needIncr 条件，实际上是和
this.freeConnections.size() <= 1这个场景对应的。- 如果两个条件使用的场景发生错乱或遗留，JDK无法发现，将可能导致线程泄露、死锁或其他锁使用不当问题。
- 条件本身，实际上只是用来和背后的条件线程队列沟通的工具包；每个条件都有对应的一个条件线程队列。
- 每个条件都有自己的条件线程队列；
- 通过await，将当前线程休眠，放到和条件对应的条件线程队列中，并释放锁；但它并不能影响到其他条件对应的条件线程队列。
- 通过 signalAll/signal，唤醒条件对应的条件线程队列中的所有线程，让它们去竞争锁；但它并不能影响到其他条件对应的条件线程队列。
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