併發編程 —— 源碼分析公平鎖和非公平鎖

前言

ReentrantLock 提供了公平鎖和非公平鎖，只須要在構造方法中使用一個 boolean 參數便可。默認非公平鎖。

今天從源碼層面看看區別和具體實現。

1. 類 UML 圖

ReentrantLock 內部有一個抽象類 Sync，繼承了 AQS。

而公平鎖的實現就是 FairSync，非公平鎖的實現就是 NodFairSync。

兩把鎖的區別在於lock 方法的實現。

2. 公平鎖 lock 方法實現

final void lock() {
    acquire(1);
}
複製代碼

調用的是 AQS 的acquire方法，熟悉 AQS 的同窗都知道，AQS 會回調子類的 tryAcquire 方法，看看公平鎖的tryAcquire實現。

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)
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}
複製代碼

說下邏輯：

1. 獲取 state 變量，若是是 0，說明鎖能夠獲取。
2. 判斷 AQS 隊列中是否有等待的線程，若是沒有，就使用 CAS 嘗試獲取。獲取成功後，將 CLH 的持有線程修改成當前線程。
3. 重入鎖邏輯。
4. 若是失敗，返回 false， AQS 會將這個線程放進隊列，並掛起。

注意上面的第二步：判斷 AQS 隊列中是否有等待的線程。

這就是公平的體現。

再看看非公平鎖的區別。

3. 非公平鎖 lock 方法實現

final void lock() {
    if (compareAndSetState(0, 1))
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    else
        acquire(1);
}

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    return nonfairTryAcquire(acquires);
}
複製代碼

lock 方法就不一樣了，很衝動的一個方法，直接使用 CAS 獲取鎖，若是成功了，就設置鎖的持有線程爲本身。很快速。因此默認使用了非公平鎖。

若是失敗了，就調用 AQS 的 acquire 方法。固然，咱們看的仍是tryAcquire方法，在上面的代碼中，tryAcquire方法調用了父類Sync 的 nonfairTryAcquire，爲何在父類中呢？

在ReentrantLock 的 tryLock方法中，也調用了該方法。由於這個方法是快速返回的。該方法不會讓等待時間久的線程獲取鎖。符合 tryLock 的設計。

方法實現以下：

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;
}
複製代碼

該方法相比較公平鎖的 tryAcquire方法，少了一步判斷 AQS 隊列中是否有等待的線程的操做。

他要作的就是直接搶鎖，不讓給隊列裏那些等待時間長的。

搶不到再進入隊列。等待他的前置節點喚醒他。這個過程是公平的。

4. 總結

ReentrantLock中的公平鎖和非公平鎖的區別就在於：調用 lock 方法獲取鎖的時候 要不要判斷 AQS 隊列中是否有等待的線程，公平鎖爲了讓每個線程都均衡的使用鎖，就須要判斷，若是有，讓給他，非公平鎖很霸道，不讓不讓就不讓。

但若是失敗了，進入隊列了，進會按照 AQS 的邏輯來，總體順序就是公平的。

還有個注意的地方就是：ReentrantLock 的 tryLock（無超時機制） 方法使用的非公平策略。符合他的設計。

而 tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 方法則會根據 Sync 的具體實現來調用。不會衝動的調用 nonfairTryAcquire 方法。