【並發編程】公平鎖與非公平鎖的區別

在Java的concurrent包中，公平鎖與非公平鎖是很常見的概念，ReentrantLock、ReadWriteLock默認都是非公平模式。

非公平鎖的效率為什么會高於公平鎖呢？那么公平鎖與非公平鎖又有什么區別呢？、

概念解釋

首先從字面意思理解，公平鎖自然是遵循FIFO（先進先出）原則的，先到的線程會優先獲取資源，后到的會進行排隊等待，而非公平鎖是不遵循這個原則的。

圖解

tip: 該圖出自 https://www.jianshu.com/p/f584799f1c77

源碼解析

    public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }

    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

• 可以看到ReentrantLock默認使用的是非公平鎖。
• 公平鎖和非公平鎖分別使用了FairSync與NonfairSync實現

非公平鎖

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;
}

• 可以看到非公平鎖里，判斷當前鎖占用狀態==0直接會進行compareAndSetState嘗試獲取鎖。若此時有線程排隊，可能爭奪不過資源。所以這是非公平的
• 在非公平鎖里，因為可以直接compareAndSetState來獲取鎖，不需要加入隊列，然后等待隊列頭線程喚醒再獲取鎖這一步驟，所以效率較快

公平鎖

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;
}

• 在公平鎖里，判斷當前鎖占用狀態==0后，會繼續判斷hasQueuedPredecessors，即當前隊列是否有排隊的情況，如果沒有才會嘗試獲取鎖
• 這樣可以保證遵循FIFO的原則，每一個先來的線程都可以最先獲取到鎖，但是增加了上下文切換與等待線程的狀態變換時間。所以效率相較於非公平鎖較慢。