Java中的公平锁和非公平锁实现详解

Posted 2021-01-29 liuwangxiedaima

在ReentrantLock中包含了公平锁和非公平锁两种锁，通过查看源码可以看到这两种锁都是继承自Sync，而Sync又继承自AbstractQueuedSynchronizer，而AbstractQueuedSynchronizer又继承自AbstractOwnableSynchronizer，下面是类的继承关系图：

其中AbstractOwnableSynchronizer是提供了设置占用当前锁的线程信息的方法，主要的锁的实现还是在AbstractQueuedSynchronizer中实现的，在AbstractQueuedSynchronizer中通过CLH队列实现了多线程锁的排队使用，但是该队列的实现并不能保证锁的公平竞争，但是在某些业务场景中会需要保证先到的线程先得到锁，所以就有了公平锁和非公平锁的诞生。

通过分析ReentrantLock中的公平锁和非公平锁的实现，其中tryAcquire是公平锁和非公平锁实现的区别，下面的两种类型的锁的tryAcquire的实现，从中我们可以看出在公平锁中，每一次的tryAcquire都会检查CLH队列中是否仍有前驱的元素，如果仍然有那么继续等待，通过这种方式来保证先来先服务的原则；而非公平锁，首先是检查并设置锁的状态，这种方式会出现即使队列中有等待的线程，但是新的线程仍然会与排队线程中的对头线程竞争（但是排队的线程是先来先服务的），所以新的线程可能会抢占已经在排队的线程的锁，这样就无法保证先来先服务，但是已经等待的线程们是仍然保证先来先服务的，所以总结一下公平锁和非公平锁的区别：

1、公平锁能保证：老的线程排队使用锁，新线程仍然排队使用锁。
2、非公平锁保证：老的线程排队使用锁；但是无法保证新线程抢占已经在排队的线程的锁。

公平锁的tryAcquire

/**
* Fair version of tryAcquire. Don‘t grant access unless
* recursive call or no waiters or is first.
*/
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
// !hasQueuedPredecessors()保证了不论是新的线程还是已经排队的线程都顺序使用锁
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
非公平锁的

/**
* Performs non-fair tryLock. tryAcquire is implemented in
* subclasses, but both need nonfair try for trylock method.
*/
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
// 新的线程可能抢占已经排队的线程的锁的使用权
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;
}