公平锁和非公平锁的区别？

👨‍🎓面试官：请你说说公平锁和非公平锁的区别?

🧑我：好的面试官。

锁的实现本质上都对应着一个入口的等待队列。如果一个线程没有获得锁，就会进入等待队列，当有线程释放锁的时候，就需要从等待队列中唤醒一个等待的线程，如果是公平锁，唤醒的策略就是谁等待的时间长，就唤醒谁，也就意味着谁就能抢占到锁资源。如果是非公平锁，则不提供这个公平保证，有可能等待时间短的反而被优先唤醒。

公平锁

公平锁：多个线程按照申请锁的顺序去获得锁，线程会按顺序进入队列，永远是队列第一位先获得锁。

• 优点：所有的线程都能得到资源，不会饿死在队列中。
• 缺点：吞吐量会下降很多，队列里面处理第一个线程，其他线程都会被阻塞，cpu唤醒阻塞线程的开销会很大。

非公平锁

非公平锁：多个线程去获取锁的时候，会直接去尝试获取，获取不到，再去进入等待队列，如果能获取到，就直接获取到锁。

• 优点：减少cpu唤醒线程的开销，整体的吞吐率会提高，cpu不必唤醒所有线程，会减少唤醒的线程数，大大降低了线程上下文切换带来的时间损耗。
• 缺点：可能会导致队列中的线程一直长时间获取不到锁，导致线程饿死。

✔测试统计发现：10个线程，每个线程获取100000次锁，通过vmstat统计测试运行时系统线程上下文切换的耗时，发现公平锁和非公平锁对比，总耗时是其94.3倍，总切换次数是其133倍，可以看出，公平性锁保证了锁的获取按照FIFO原则，而代价是进行大量的线程切换；非公平是虽然可能造成线饥饿，但极少的线程切换，保证系统更大的吞吐率。

ReentrantLock 中就有公平锁和非公平锁的实现。默认是采用非公平锁的策略来实现锁的竞争逻辑，它内部是使用AQS来实现所资源的竞争，没有竞争到锁资源的线程，会加入到AQS的同步队列里，这个队列是一个FIFO的双向链表。

🤔思考一下：ReentrantLock 到底是如何实现锁的公平性和非公平性的呢?

下面一起探索ReentrantLock的世界，分析它的实现原理：

首先先从Sync类说起，Sync类是ReentrantLock的一个内部类，它继承了AbstractQueuedSynchronizer，我们在执行锁的大部分操作，都是基于Sync本身去实现的。

AbstractQueuedSynchronizer也就是我们常说的AQS，叫做 抽象队列同步器，它也是ReentrantLock加锁释放锁的核心，该类提供了同步的核心实现，主要涵盖了以下几要素：

• AQS内部维护了一个volatile修饰的共享变量，state主要用来标记锁的状态。
• AQS通过自定义Node节点来维护一个队列，完成资源获取线程的排队工作。
• AQS通过park和unParkSuccessor方法来实现阻塞和唤醒线程。
• AQS内部的compareAndSetState方法保证了锁状态设置的原子性。

AQS同步器的核心接口

// 获取当前同步状态
int getState();
// 设置当前同步状态
void setState(int newState);
// 使用CAS设置当前状态，该方法能够保证状态设置的原子性
boolean compareAndSetState(int expect, int update);

// 独占式获取锁
boolean tryAcquire(int arg);
// 独独占式释放锁
boolean tryRelease(int arg);
// 共享式获取锁
void doAcquireShared(int arg);
// 共享式释放锁
boolean tryReleaseShared(int arg);

下面分析一下AQS的源码，看看它究竟是如何实现同步以及线程的阻塞和唤醒的：

/**
 * AQS的内部内Node节点类
 */
static final class Node {
    // 共享节点
    static final Node SHARED = new Node();
    // 排他节点
    static final Node EXCLUSIVE = null;

    // waitStatus=1，表示线程已取消
    static final int CANCELLED =  1;
    
    // waitStatus=-1，表示后继线程需要解停
    static final int SIGNAL    = -1;
    
    // waitStatus=-2，表示线程正在等待状态
    static final int CONDITION = -2;
    
    // waitStatus=-3，表示下一个被获取对象应该是无条件传播
    static final int PROPAGATE = -3;

    // 等待状态
    volatile int waitStatus;

    // 当前节点的前任节点
    volatile Node prev;
    
    // 当前节点的后继节点
    volatile Node next;

    // 使该节点进入队列的线程。构造时初始化，使用后为空
    volatile Thread thread;
}

默认ReentrantLock采用的是非公平锁实现，下面来分析一次ReebtrantLock加锁的过程吧，整体的过程描述如下：

• 当线程访问时，先判断state所标记值是否为0；
• 发现state标识为0，接着将state的值通过compareAndSetState()方法修改为1；
• 设置当前拥有独占访问权的线程为自己当前线程；
• 其他线程再次访问，也是一上来先去判断了一下state状态，发现是1，自然CAS失败了，只能乖乖进入等待队列。

这时候线程B请求过来了，同样也是先判断state状态，发现是1，那么CAS失败，只能进入等待队列里等待。

经过一段时间，线程A访问资源结束，准备释放锁，修改state状态为0，准备去唤醒B线程。

谁知道，这时候线程C也过来了，他也来抢占锁资源，发现state为0，线程C果断CAS成功，抢占了锁资源，还修改当前线程为自己。

此时线程B被A唤醒准备去获取锁，发现state已经是1了，锁资源已经被抢占，结果线程B又只能默默回去等等队列继续等待了，真晦气🤢🤢🤢~

诺以上就是ReentrantLock非公平锁的实现了，按照这样的话，线程B可能一直长时间无法获取到锁资源，但是，这样的非公平性设计，优点就是减少了线程切换等待时间，提高系统的吞吐量。

总结

ReentrantLock默认采用了非公平锁策略来实现锁的竞争逻辑。它内部使用了AQS同步器来实现锁资源的竞争，没有竞争到锁的线程，会加入到AQS的同步队列里等待，实际上，ReentrantLock和Synchronized默认都是非公平锁，之所以如此设计，主要是为了减少像公平锁那样去阻塞等待带来的时间消耗，大大提高系统的性能。

好了，本篇文章介绍就到这里了，如果文章对你有所帮助，欢迎 点赞👍+评论💬+收藏❤，我是：👨‍austin流川枫，我们下期见!