目录
前言
公平锁（Fair Lock）
原理
实现
示例代码
底层实现
非公平锁（Non-Fair Lock）
原理
实现
示例代码
底层实现
比较与选择
总结
⭐️ 好书推荐
前言
在Java中，ReentrantLock 提供了公平锁和非公平锁两种模式。这两种锁模式在底层的实现机制不同，以保证公平性或提高性能。下面将详细讲解这两种锁的底层实现原理。
公平锁（Fair Lock）
原理
公平锁通过队列来维护锁的获取顺序，确保每个线程按照请求的顺序获得锁。公平锁避免了线程饥饿现象。
实现
-
锁请求顺序：公平锁在每次尝试获取锁时，都会先检查等待队列中是否有其他线程在等待锁。如果有，则当前线程会被加入到等待队列中，排队等待。
-
锁的获取：当锁被释放时，会唤醒等待队列中的下一个线程，这样可以确保线程按照请求顺序依次获得锁。
示例代码
以下是公平锁的简化实现示例：
public class FairLockExample {
private final ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true); // 公平锁
public void lockMethod() {
fairLock.lock();
try {
// 关键代码区域
} finally {
fairLock.unlock();
}
}
}
底层实现
公平锁的实现依赖于 AbstractQueuedSynchronizer（AQS）中的FIFO队列。以下是关键的实现细节：
- 队列管理：AQS 维护一个FIFO队列，用于存放等待获取锁的线程。
- 锁的获取：在尝试获取锁时，如果队列中有其他线程在等待，当前线程会被加入队列，并阻塞等待。
- 锁的释放：在释放锁时，会从队列中唤醒下一个等待的线程，确保锁的公平性。
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
非公平锁（Non-Fair Lock）
原理
非公平锁在设计上为了提高性能，并不保证线程获取锁的顺序。相较于公平锁，非公平锁可以减少上下文切换，提供更高的吞吐量。
实现
-
抢占机制：非公平锁允许线程在每次请求锁时直接尝试获取锁，而不考虑等待队列中的其他线程。这种机制使得锁的获取变得不公平，但减少了线程的等待时间，提高了性能。
-
锁的获取：如果锁是空闲的，任何请求锁的线程都可以立即获得锁；如果锁被占用，线程会被加入等待队列。
示例代码
以下是非公平锁的简化实现示例：
public class NonFairLockExample {
private final ReentrantLock nonFairLock = new ReentrantLock(false); // 非公平锁
public void lockMethod() {
nonFairLock.lock();
try {
// 关键代码区域
} finally {
nonFairLock.unlock();
}
}
}
底层实现
非公平锁的实现也是依赖于 AbstractQueuedSynchronizer（AQS），但在尝试获取锁时，非公平锁直接通过CAS操作尝试获取锁，而不是检查等待队列。
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
比较与选择
- 公平锁：适用于需要严格控制线程获取锁顺序，避免线程饥饿的场景，但可能会带来较多的上下文切换，影响性能。
- 非公平锁：适用于需要高性能的场景，通过减少上下文切换来提高吞吐量，但可能会导致线程饥饿问题。
总结
- 公平锁：通过维护FIFO队列，确保线程按照请求顺序依次获取锁，避免线程饥饿。
- 非公平锁：通过抢占机制直接尝试获取锁，提高性能和吞吐量，但可能导致线程饥饿。
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