Java 中的 wait 和 notify 實現的源碼分析

在Oracle JVM 1.6 裡面實現的object的wait 和notify方法是在synchronizer.cpp裡實現。 

先介紹2個對象：

1. ObjectMonitor  對象 主要用來監視創立的Object 

在synchronizer.cpp 裡定義了，ObjectMonitor 的對象，我們來看ObjectMonitor的對象的結構體

1. ObjectMonitor::ObjectMonitor() {  
2.   _header       = NULL;  
3.   _count        = 0;  
4.   _waiters      = 0,  
5.   _recursions   = 0;  
6.   _object       = NULL;  
7.   _owner        = NULL;  
8.   _WaitSet      = NULL;  
9.   _WaitSetLock  = 0 ;  
10.   _Responsible  = NULL ;  
11.   _succ         = NULL ;  
12.   _cxq          = NULL ;  
13.   FreeNext      = NULL ;  
14.   _EntryList    = NULL ;  
15.   _SpinFreq     = 0 ;  
16.   _SpinClock    = 0 ;  
17.   OwnerIsThread = 0 ;  
18. }  

每個object的對象裡 markOop->monitor() 裡可以保存ObjectMonitor的對象。

建立ObjectMonitor的算法：

如果不存在，可以向Thread 的ObjectMonitor 的對象列表中Allocate free objectMonitor 對象。 

每個線程都有ObjectMonitor 的free和used的objectMonitor對象列表,如果沒有free objectMonitor對象列表，將向global 中ListLock Allocate為了提高效率。

2.  ObjectWaiter 對象

ObjectWaiter 對象

1. class ObjectWaiter : public StackObj {  
2.  public:  
3.   enum TStates { TS_UNDEF, TS_READY, TS_RUN, TS_WAIT, TS_ENTER, TS_CXQ } ;  
4.   enum Sorted  { PREPEND, APPEND, SORTED } ;  
5.   ObjectWaiter * volatile _next;  
6.   ObjectWaiter * volatile _prev;  
7.   Thread*       _thread;  
8.   ParkEvent *   _event;  
9.   volatile int  _notified ;  
10.   volatile TStates TState ;  
11.   Sorted        _Sorted ;           // List placement disposition   
12.   bool          _active ;           // Contention monitoring is enabled   
13.  public:  
14.   ObjectWaiter(Thread* thread) {  
15.     _next     = NULL;  
16.     _prev     = NULL;  
17.     _notified = 0;  
18.     TState    = TS_RUN ;  
19.     _thread   = thread;  
20.     _event    = thread->_ParkEvent ;  
21.     _active   = false;  
22.     assert (_event != NULL, "invariant") ;  
23.   }  
24.   void wait_reenter_begin(ObjectMonitor *mon) {  
25.     JavaThread *jt = (JavaThread *)this->_thread;  
26.     _active = JavaThreadBlockedOnMonitorEnterState::wait_reenter_begin(jt, mon);  
27.   }  
28.   void wait_reenter_end(ObjectMonitor *mon) {  
29.     JavaThread *jt = (JavaThread *)this->_thread;  
30.     JavaThreadBlockedOnMonitorEnterState::wait_reenter_end(jt, _active);  
31.   }  
32. };  

ObjectWaiter 對象裡存放thread(線程對象) 和 ParkEvent（線程的unpark）, 每一個等待鎖的線程都會有一個ObjectWaiter對象.

而objectwaiter是個雙向鏈表結構的對象。

我們可以看到在ObjectMonitor對象裡有2個隊列成員_WaitSet 和 _EntryList 存放的就是ObjectWaiter

_WaitSet：

主要存放所有wait的線程的對象，也就是說如果有線程處於wait狀態，將被掛入這個隊列

_EntryList：

所有在等待獲取鎖的線程的對象，也就是說如果有線程處於等待獲取鎖的狀態的時候，將被掛入這個隊列。

Wait 方法實現：

ObjectSynchronizer::wait方法

通過object的對象中找到ObjectMonitor對象

調用方法 

void ObjectMonitor::wait(jlong millis, bool interruptible, TRAPS)

通過ObjectMonitor::AddWaiter調用把新建立的ObjectWaiter對象放入到 _WaitSet 的隊列的末尾中

然後在ObjectMonitor::exit釋放鎖，接著 thread_ParkEvent->park  也就是wait

Notify方法的實現：

ObjectSynchronizer::notify方法

調用ObjectSynchronizer::inflate

object的對象中找到ObjectMonitor對象 

然後調用方法ObjectMonitor::notify

調用ObjectMonitor::DequeueWaiter 摘除第一個ObjectWaiter對象從_WaitSet 的隊列中

並把這個ObjectWaiter對象放入_EntryList中,_EntryList 存放的是ObjectWaiter的對象列表，列表的大小就是那些所有在等待這個對象鎖的線程數。

注意這裡並沒有調用ObjectMonitor::exit釋放鎖

NotifyALL和Notify 的區別就是

通過遍歷調用ObjectMonitor::DequeueWaiter，把所有的_WaitSet的隊列中的ObjectWaiter對象放入到_EntryList中

關於放入到_EntryList的策略大概有4中Policy，其中還涉及到一個_cxq的隊列，先不具體介紹了

notify, 和notifyAll 都沒有釋放對象的鎖，而是在Synchronizer同步塊結束的時候釋放

如何釋放鎖

調用ObjectMonitor::exit

從_EntryList裡找到一個ObjectWaiter，因為ObjectWaiter裡有線程的_event ParkEvent，調用unpark() 通知ObjectWaite裡的線程運行（拿到鎖），具體實現在ObjectMonitor::ExitEpilog方法裡