# 15 | Lock和Condition（下）：Dubbo如何用管程实现异步转同步？

    在上一篇文章中，我们讲到Java SDK并发包里的Lock有别于synchronized隐式锁的三个特性：能够响应中断、支持超时和非阻塞地获取锁。那今天我们接着再来详细聊聊Java SDK并发包里的Condition，**Condition实现了管程模型里面的条件变量**。

在[《08 | 管程：并发编程的万能钥匙》](https://time.geekbang.org/column/article/86089)里我们提到过Java 语言内置的管程里只有一个条件变量，而Lock&Condition实现的管程是支持多个条件变量的，这是二者的一个重要区别。

在很多并发场景下，支持多个条件变量能够让我们的并发程序可读性更好，实现起来也更容易。例如，实现一个阻塞队列，就需要两个条件变量。

**那如何利用两个条件变量快速实现阻塞队列呢？**

一个阻塞队列，需要两个条件变量，一个是队列不空（空队列不允许出队），另一个是队列不满（队列已满不允许入队），这个例子我们前面在介绍[管程](https://time.geekbang.org/column/article/86089)的时候详细说过，这里就不再赘述。相关的代码，我这里重新列了出来，你可以温故知新一下。

```
public class BlockedQueue<T>{
  final Lock lock =
    new ReentrantLock();
  // 条件变量：队列不满  
  final Condition notFull =
    lock.newCondition();
  // 条件变量：队列不空  
  final Condition notEmpty =
    lock.newCondition();

  // 入队
  void enq(T x) {
    lock.lock();
    try {
      while (队列已满){
        // 等待队列不满
        notFull.await();
      }  
      // 省略入队操作...
      //入队后,通知可出队
      notEmpty.signal();
    }finally {
      lock.unlock();
    }
  }
  // 出队
  void deq(){
    lock.lock();
    try {
      while (队列已空){
        // 等待队列不空
        notEmpty.await();
      }  
      // 省略出队操作...
      //出队后，通知可入队
      notFull.signal();
    }finally {
      lock.unlock();
    }  
  }
}

```

不过，这里你需要注意，Lock和Condition实现的管程，**线程等待和通知需要调用await()、signal()、signalAll()**，它们的语义和wait()、notify()、notifyAll()是相同的。但是不一样的是，Lock&Condition实现的管程里只能使用前面的await()、signal()、signalAll()，而后面的wait()、notify()、notifyAll()只有在synchronized实现的管程里才能使用。如果一不小心在Lock&Condition实现的管程里调用了wait()、notify()、notifyAll()，那程序可就彻底玩儿完了。

Java SDK并发包里的Lock和Condition不过就是管程的一种实现而已，管程你已经很熟悉了，那Lock和Condition的使用自然是小菜一碟。下面我们就来看看在知名项目Dubbo中，Lock和Condition是怎么用的。不过在开始介绍源码之前，我还先要介绍两个概念：同步和异步。

## 同步与异步

我们平时写的代码，基本都是同步的。但最近几年，异步编程大火。那同步和异步的区别到底是什么呢？**通俗点来讲就是调用方是否需要等待结果，如果需要等待结果，就是同步；如果不需要等待结果，就是异步**。

比如在下面的代码里，有一个计算圆周率小数点后100万位的方法`pai1M()`，这个方法可能需要执行俩礼拜，如果调用`pai1M()`之后，线程一直等着计算结果，等俩礼拜之后结果返回，就可以执行 `printf("hello world")`了，这个属于同步；如果调用`pai1M()`之后，线程不用等待计算结果，立刻就可以执行 `printf("hello world")`，这个就属于异步。

```
// 计算圆周率小说点后100万位 
String pai1M() {
  //省略代码无数
}

pai1M()
printf("hello world")

```

同步，是Java代码默认的处理方式。如果你想让你的程序支持异步，可以通过下面两种方式来实现：

1.  调用方创建一个子线程，在子线程中执行方法调用，这种调用我们称为异步调用；
2.  方法实现的时候，创建一个新的线程执行主要逻辑，主线程直接return，这种方法我们一般称为异步方法。

## Dubbo源码分析

其实在编程领域，异步的场景还是挺多的，比如TCP协议本身就是异步的，我们工作中经常用到的RPC调用，**在TCP协议层面，发送完RPC请求后，线程是不会等待RPC的响应结果的**。可能你会觉得奇怪，平时工作中的RPC调用大多数都是同步的啊？这是怎么回事呢？

其实很简单，一定是有人帮你做了异步转同步的事情。例如目前知名的RPC框架Dubbo就给我们做了异步转同步的事情，那它是怎么做的呢？下面我们就来分析一下Dubbo的相关源码。

对于下面一个简单的RPC调用，默认情况下sayHello()方法，是个同步方法，也就是说，执行service.sayHello(“dubbo”)的时候，线程会停下来等结果。

```
DemoService service = 初始化部分省略
String message = 
  service.sayHello("dubbo");
System.out.println(message);

```

如果此时你将调用线程dump出来的话，会是下图这个样子，你会发现调用线程阻塞了，线程状态是TIMED\_WAITING。本来发送请求是异步的，但是调用线程却阻塞了，说明Dubbo帮我们做了异步转同步的事情。通过调用栈，你能看到线程是阻塞在DefaultFuture.get()方法上，所以可以推断：Dubbo异步转同步的功能应该是通过DefaultFuture这个类实现的。

![](https://static001.geekbang.org/resource/image/a9/c5/a924d23fc43d31267473f2dc91396ec5.png)

调用栈信息

不过为了理清前后关系，还是有必要分析一下调用DefaultFuture.get()之前发生了什么。DubboInvoker的108行调用了DefaultFuture.get()，这一行很关键，我稍微修改了一下列在了下面。这一行先调用了request(inv, timeout)方法，这个方法其实就是发送RPC请求，之后通过调用get()方法等待RPC返回结果。

```
public class DubboInvoker{
  Result doInvoke(Invocation inv){
    // 下面这行就是源码中108行
    // 为了便于展示，做了修改
    return currentClient 
      .request(inv, timeout)
      .get();
  }
}

```

DefaultFuture这个类是很关键，我把相关的代码精简之后，列到了下面。不过在看代码之前，你还是有必要重复一下我们的需求：当RPC返回结果之前，阻塞调用线程，让调用线程等待；当RPC返回结果后，唤醒调用线程，让调用线程重新执行。不知道你有没有似曾相识的感觉，这不就是经典的等待-通知机制吗？这个时候想必你的脑海里应该能够浮现出管程的解决方案了。有了自己的方案之后，我们再来看看Dubbo是怎么实现的。

```
// 创建锁与条件变量
private final Lock lock 
    = new ReentrantLock();
private final Condition done 
    = lock.newCondition();

// 调用方通过该方法等待结果
Object get(int timeout){
  long start = System.nanoTime();
  lock.lock();
  try {
	while (!isDone()) {
	  done.await(timeout);
      long cur=System.nanoTime();
	  if (isDone() || 
          cur-start > timeout){
	    break;
	  }
	}
  } finally {
	lock.unlock();
  }
  if (!isDone()) {
	throw new TimeoutException();
  }
  return returnFromResponse();
}
// RPC结果是否已经返回
boolean isDone() {
  return response != null;
}
// RPC结果返回时调用该方法   
private void doReceived(Response res) {
  lock.lock();
  try {
    response = res;
    if (done != null) {
      done.signal();
    }
  } finally {
    lock.unlock();
  }
}

```

调用线程通过调用get()方法等待RPC返回结果，这个方法里面，你看到的都是熟悉的“面孔”：调用lock()获取锁，在finally里面调用unlock()释放锁；获取锁后，通过经典的在循环中调用await()方法来实现等待。

当RPC结果返回时，会调用doReceived()方法，这个方法里面，调用lock()获取锁，在finally里面调用unlock()释放锁，获取锁后通过调用signal()来通知调用线程，结果已经返回，不用继续等待了。

至此，Dubbo里面的异步转同步的源码就分析完了，有没有觉得还挺简单的？最近这几年，工作中需要异步处理的越来越多了，其中有一个主要原因就是有些API本身就是异步API。例如websocket也是一个异步的通信协议，如果基于这个协议实现一个简单的RPC，你也会遇到异步转同步的问题。现在很多公有云的API本身也是异步的，例如创建云主机，就是一个异步的API，调用虽然成功了，但是云主机并没有创建成功，你需要调用另外一个API去轮询云主机的状态。如果你需要在项目内部封装创建云主机的API，你也会面临异步转同步的问题，因为同步的API更易用。

## 总结

Lock&Condition是管程的一种实现，所以能否用好Lock和Condition要看你对管程模型理解得怎么样。管程的技术前面我们已经专门用了一篇文章做了介绍，你可以结合着来学，理论联系实践，有助于加深理解。

Lock&Condition实现的管程相对于synchronized实现的管程来说更加灵活、功能也更丰富。

结合我自己的经验，我认为了解原理比了解实现更能让你快速学好并发编程，所以没有介绍太多Java SDK并发包里锁和条件变量是如何实现的。但如果你对实现感兴趣，可以参考[《Java并发编程的艺术》](time://mall?url=https%3A%2F%2Fh5.youzan.com%2Fv2%2Fgoods%2F35z7jjvd4r4oo)一书的第5章《Java中的锁》，里面详细介绍了实现原理，我觉得写得非常好。

另外，专栏里对DefaultFuture的代码缩减了很多，如果你感兴趣，也可以去看看完整版。  
Dubbo的源代码在[Github上](https://github.com/apache/incubator-dubbo)，DefaultFuture的路径是：incubator-dubbo/dubbo-remoting/dubbo-remoting-api/src/main/java/org/apache/dubbo/remoting/exchange/support/DefaultFuture.java。

## 课后思考

DefaultFuture里面唤醒等待的线程，用的是signal()，而不是signalAll()，你来分析一下，这样做是否合理呢？

欢迎在留言区与我分享你的想法，也欢迎你在留言区记录你的思考过程。感谢阅读，如果你觉得这篇文章对你有帮助的话，也欢迎把它分享给更多的朋友。