带你快速了解Java锁中的公平锁与非公平锁

Posted 2021-03-23 Java架构师追风

前言

Java语言中有许多原生线程安全的数据结构，比如ArrayBlockingQueue、CopyOnWriteArrayList、LinkedBlockingQueue，它们线程安全的实现方式并非通过synchronized关键字，而是通过java.util.concurrent.locks.ReentrantLock来实现。

 

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。

 

总结

上锁的过程本身也是有时间开销的，如果操作资源的时间比上锁的时间还短建议使用非公平锁可以提高系统的吞吐率；否则就老老实实的用公平锁。

 

最后

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