[TOC](【後端面經-Java】公平鎖和加鎖流程) ## 1. 公平鎖和非公平鎖 ### 1.1 基本概念 - 公平鎖：線程按照到來的先後順序，排隊等待使用資源。 - 非公平鎖：線程不一定按照先後順序使用資源，而是可能出現“插隊”的情況。 拿游樂場等待娛樂項目舉例，普通游客只能按照先後順序排隊等待 ...
目錄
1. 公平鎖和非公平鎖
1.1 基本概念
- 公平鎖：線程按照到來的先後順序，排隊等待使用資源。
- 非公平鎖：線程不一定按照先後順序使用資源，而是可能出現“插隊”的情況。
拿游樂場等待娛樂項目舉例，普通游客只能按照先後順序排隊等待使用游樂設施，這就是公平鎖，但是普通入口加上優速通，顯然VIP游客可以快人一步，這就有點非公平鎖的意思了。
1.2 ReentrantLock 的公平鎖和非公平鎖
在《【後端面經-Java】Synchronize和ReentrantLock區別》這篇博客中，我們對比過synchronized和ReentrantLock的區別，其中synchronized是一種非公平鎖，而ReentrantLock預設是非公平鎖，但是也可設置為公平鎖。
具體設置方式如下：
//生成一個公平鎖
static Lock lock = new ReentrantLock(true);
//生成一個非公平鎖
static Lock lock = new ReentrantLock(false);
static Lock lock = new ReentrantLock();//預設參數就是false，這種寫法也可
通過更改構造函數中的參數，我們可以修改ReentrantLock的鎖類型，true表示公平鎖，false表示非公平鎖。構造函數具體代碼如下所示：
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();//FairSync表示公平鎖，NonfairSync表示非公平鎖
}
2. 加鎖流程
2.1 ReentrantLock 和 AQS 的關係
在【後端面經-Java】AQS詳解這篇博客中，我們詳細講解了AQS的原理，其中提到了
AQS定義了一套多線程訪問共用資源的同步器框架，許多同步類實現都依賴於它，如常用的ReentrantLock。
可就是說，ReentrantLock也是通過AQS來實現的，而自定義同步鎖需要實現AQS框架中的tryAcquire()和tryRelease()方法或者tryAcquireShared()和tryReleaseShared()方法。
因此，ReentrantLock的加鎖流程我們可用查看tryAcquire()方法瞭解。
2.2 公平鎖-加鎖流程
公平鎖的tryAcquire()方法源碼如下所示：
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0,acquires)) {//這裡判斷了隊列中是不是還有其他線程在等待 && 當前資源是否可用？
//直接獲取資源
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {//如果有其他線程在等待或者資源不可用，線程進入等待態，排隊等待
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) {
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
}
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
代碼流程如下所示：
- 查看是否有其他線程在等待資源。
- 如果沒有其他線程在等待，查看資源是否可用，如果資源可用，直接獲取資源。
- 如果有其他線程在等待或者資源不可用（正在被使用），線程乖乖排到隊尾，並切換為等待喚醒的休眠態。
2.3 非公平鎖-加鎖流程
非公平鎖的tryAcquire()方法源碼如下所示：
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) { //這裡只判斷了資源是否可用，而沒有判斷是否有其他線程在等待
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;
}
和公平鎖相比，非公平鎖的加鎖流程只是少了對其他線程是否等待的判斷，因此，非公平鎖的加鎖流程如下所示：
- 查看資源是否可用，如果資源可用，直接獲取資源。
- 如果資源不可用，不需要管是否有線程在排隊，還是排在等待隊列隊尾。
2.4 加鎖流程和性能的關係
公平鎖能保證線程獲取資源的公平性，但是性能較低；
而非公平鎖雖然無法保障公平性，但是性能更高，因此在大多數情況下，我們都會使用非公平鎖。
- 關於“公平鎖性能低，非公平鎖性能高”的解釋
理解這個結論，我們需要知道公平鎖和非公平鎖申請資源的流程。- 對於公平鎖，當一個線程創建之後，它會看是否有其他線程在等待資源，也就是看看
排隊隊伍裡面有沒有人，如果有其他線程在等待，它就乖乖排到隊尾，並切換為等待喚醒的休眠態。而如果沒有其他線程在等待，它就直接獲取資源。 - 對於非公平鎖，當一個線程創建之後，它會直接試著去獲取資源，不管隊伍里有沒有人，如果這個時候正好資源被釋放，那麼非公平鎖因為是搶著使用資源的，提出資源申請比首個在隊列中等待的線程要早，因此資源會直接給它。如果獲取資源失敗，它才會乖乖去隊尾排隊等待。
- 對於公平鎖，當一個線程創建之後，它會看是否有其他線程在等待資源，也就是看看
對於線程狀態的切換，從休眠態到就緒態，這部分是需要時間進行上下文切換的，因此，公平鎖每次都直接進入休眠態等待被喚醒，這本身就是很耗費時間的事情，因此我們才說公平鎖性能低，非公平鎖性能高。
（非公平鎖雖然不公平，但是性能高，真的是很諷刺的一種情況吶。）
3. 面試問題模擬
Q：公平鎖是什麼？加鎖流程是什麼？
A：公平鎖是指在資源獲取過程中，線程按照到來順序排隊使用資源的一種鎖機制，而非公平鎖則可能出現不按順序的隨機獲取情況。
公平鎖的加鎖流程體現在tryAcquire()源碼部分，當一個線程節點創建之後，它會判斷當前是否有其他線程在等待以及資源是否可用，如果兩個條件都滿足，它則獲取資源，如果不滿足，它則乖乖排到隊尾，等待被喚醒。
