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锁机制详解：公平锁与非公平锁

news 2025/11/8 11:28:57

锁的基本概念

非公平锁：线程获取锁时不遵循先来后到的顺序，而是直接尝试获取。若获取失败，则进入等待队列；若成功，则直接持有锁。

公平锁：严格按照线程申请锁的顺序分配锁资源，所有线程必须在队列中排队等候，确保队首线程优先获得锁。

优缺点分析

公平锁

优点：

保障所有线程都能公平获取资源
避免线程在队列中无限等待（饥饿现象）

缺点：

吞吐量显著下降
除队首线程外，其余线程均处于阻塞状态
CPU唤醒阻塞线程的开销较大

非公平锁

优点：

减少CPU唤醒线程的开销
整体吞吐效率更高
CPU无需唤醒所有线程

缺点：

可能导致队列中的线程长时间无法获取锁
存在线程饥饿风险

ReentrantLock 实现

ReentrantLock 提供两种锁实现，通过构造方法指定类型：

// 默认非公平锁
public ReentrantLock() {sync = new NonfairSync();
}// 可选的公平锁
public ReentrantLock(boolean fair) {sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

默认情况下使用非公平锁，因其效率和吞吐量明显优于公平锁。

非公平锁实现

核心逻辑位于 NonfairSync 类：

static final class NonfairSync extends Sync {private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;final void lock() {if (compareAndSetState(0, 1))setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());elseacquire(1);}protected final boolean tryAcquire(int acquires) {return nonfairTryAcquire(acquires);}
}

工作机制：

执行 lock() 时首先尝试 CAS 操作
若 CAS 成功（state 从 0 变为 1），表示锁未被占用
将当前线程设置为独占线程
若获取失败，则进入排队流程

公平锁实现

核心逻辑位于 FairSync 类：

static final class FairSync extends Sync {private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;final void lock() {acquire(1);}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;}
}

关键区别：