一分钟理解Java公平锁与非公平锁

和朋友聊天他提到:ReentrantLock 的构造函数可以传递一个 bool 数据,true 时构造的是“公平锁”、false 时构造的是“非公平锁”。我的印象中锁是不区分类型的,所以认为这应该是 Java 发明的概念,于是就恶补了一下。

锁的底层实现

无论什么语言在操作系统层面锁的操作都会变成系统调用(System Call),以 Linux 为例,就是 futex 函数,可以把它理解为两个函数: futex_wait(s),对变量 s 加锁;futex_wake(s)释放 s 上的锁,唤醒其他线程。

在ReentrantLock中很明显可以看到其中同步包括两种,分别是公平的FairSync和非公平的NonfairSync。

公平锁的作用就是严格按照线程启动的顺序来执行的,不允许其他线程插队执行的;而非公平锁是允许插队的。

默认情况下ReentrantLock是通过非公平锁来进行同步的,包括synchronized关键字都是如此,因为这样性能会更好。

因为从线程进入了RUNNABLE状态,可以执行开始,到实际线程执行是要比较久的时间的。

而且,在一个锁释放之后,其他的线程会需要重新来获取锁。其中经历了持有锁的线程释放锁,其他线程从挂起恢复到RUNNABLE状态,其他线程请求锁,获得锁,线程执行,这一系列步骤。如果这个时候,存在一个线程直接请求锁,可能就避开挂起到恢复RUNNABLE状态的这段消耗,所以性能更优化。

    /**
     * Creates an instance of {@code ReentrantLock}.
     * This is equivalent to using {@code ReentrantLock(false)}.
     */
    public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }

默认状态,使用的ReentrantLock()就是非公平锁。再参考如下代码,我们知道ReentrantLock的获取锁的操作是通过装饰模式代理给sync的。

    /**
     * Acquires the lock.
     *
     * <p>Acquires the lock if it is not held by another thread and returns
     * immediately, setting the lock hold count to one.
     *
     * <p>If the current thread already holds the lock then the hold
     * count is incremented by one and the method returns immediately.
     *
     * <p>If the lock is held by another thread then the
     * current thread becomes disabled for thread scheduling
     * purposes and lies dormant until the lock has been acquired,
     * at which time the lock hold count is set to one.
     */
    public void lock() {
        sync.lock();
    }

下面参考一下FairSync和NonfairSync对lock方法的实现:

    /**
     * Sync object for non-fair locks
     */
    static final class NonfairSync extends Sync {
        /**
         * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
         * acquire on failure.
         */
        final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }
    }

    /**
     * Sync object for fair locks
     */
    static final class FairSync extends Sync {
        final void lock() {
            acquire(1);
        }
    }

当使用非公平锁的时候,会立刻尝试配置状态,成功了就会插队执行,失败了就会和公平锁的机制一样,调用acquire()方法,以排他的方式来获取锁,成功了立刻返回,否则将线程加入队列,知道成功调用为止。

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