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

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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

1. 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。

2. 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) // overflowthrow 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

1. 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。

2. 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) // overflowthrow 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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