简介


    有个小伙伴最近咨询我,前段时间他被面试官问了synchronized公平锁还是非公平锁?当时就蒙圈了,最后面试结果可想而知,今天我们就用一个通俗的案例加上代码来说明公平锁非公平锁。其实公平锁这个概念是JUC工具包才有的,比如ReentrantLock才有公平锁的概念,这篇文章我们结合生活中的实例用2段代码说明ReentrantLock公平锁和非公平锁,以及证明synchronized是非公平锁的。希望对小伙伴有帮助。

公平锁、非公平锁概念


  • 公平锁:举一个简单例子,有五个同学每天必须排队去打饭,为了简单起见,我们给这五名同学每人定义一个编号,分别为编号001编号005,这五名同学按先来后到的排队,打饭,先来的同学能先打到饭。每个同学都是一个线程,在这个过程中后来的同学是不允许插队的,这就是公平锁
  • 非公平锁:后来到同学不一定后打到饭,在打饭的过程中,是允许插队的,这种线程插入的行为人们认为是不公平的。举个例子,比如编号为001,002,003,004的同学先到先排队了,005最后来排队本应该排在004后面的,但是005看001正好打完饭离开,他就去插队了,也就是打饭的顺序由001->002->003->004->005变为001->005->002->003->004。其实你现在应该理解了,公平锁就是正常排队,非公平就是插队。当然你可能会有疑问?是不是005插到001的后面一定会成功,答案是不一定,这要看时机的,我们刚才说了“005看001正好打完饭离开”,下面应该是002了,可能打饭阿姨还没问002准备吃什么,就看005已经排到前面去了,那005就插队成功了,这就是时机。下面我们用程序代码来加深理解。


synchronized非公平锁



/**
 * @author :jiaolian
 * @date :Created in 2020-12-31 16:01
 * @description:食堂打饭:synchronized不公平
 * @modified By:
 * 公众号:叫练
 */
public class SyncUnFairLockTest {

    //食堂
    private static class DiningRoom {
        //获取食物
        public void getFood() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":排队中");
            synchronized (this) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":@@@@@@打饭中@@@@@@@");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        DiningRoom diningRoom = new DiningRoom();
        //让5个同学去打饭
        for (int i=0; i<5; i++) {
            new Thread(()->{
                diningRoom.getFood();
            },"同学编号:00"+(i+1)).start();
        }
    }
}

如上代码:我们定义一个内部类DiningRoom表示食堂,getFood方法里面用synchronized锁修饰this指向DiningRoom的实例对象(22行中的diningRoom对象),主类中让编号001至005五个同学同时去打饭,用于测试先排队的同学是否能先打到饭?运行程序得到其中一种执行结果如下图所示,002->004->001->003->005同学先去排队,但打饭的顺序是002->003->001->004->005,说明这里003和001两个同学插队了,插到004前面了,我们详细分析执行过程,002先抢到锁打饭了,释放了锁,本来应该是接下来是004抢到锁去打饭(因为004是比003先来排队),但003抢到锁,打饭了,释放了锁,这是第一次插队。现在还是来004抢锁,但是没抢到又被001抢到了,释放锁后才被004抢到,这是第二次插队,后面分别再是004->005抢到锁,释放锁,程序执行完毕。因为003和001插队,我们用代码证明了synchronized非公平锁。紧接着我们来看下ReentrantLock公平锁和非公平锁。

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ReentrantLock非公平锁

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @author :jiaolian
 * @date :Created in 2020-12-31 11:11
 * @description:非公平锁测试  在获取锁的时候和再获取锁的顺序不一致;
 * @modified By:
 * 公众号:叫练
 */
public class UnFairLockTest {

    private static final Lock LOCK = new ReentrantLock(false);

    //食堂
    private static class DiningRoom {
        //获取食物
        public void getFood() {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":正在排队");
                LOCK.lock();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":@@@@@@打饭中@@@@@@@");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                LOCK.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        DiningRoom diningRoom = new DiningRoom();
        //让5个同学去打饭
        for (int i=0; i<5; i++) {
            new Thread(()->{
                diningRoom.getFood();
            },"同学编号:00"+(i+1)).start();
        }
    }
}

如上代码:我们在代码中定义了Lock LOCK = new ReentrantLock(false);ReentrantLock的参数是false表示非公平锁,上面代码需要用LOCK.lock()加锁,LOCK.unlock()解锁,需要放入try,finally代码块中,目的是如果try中加锁后代码发生异常锁最终执行LOCK.unlock(),锁总能被释放。主类中让编号001至005五个同学同时去打饭,得到其中一种执行结果如下图所示,001->004->005->003->002同学先去排队,但打饭的顺序是001->005->004->003->002,这里005同学插队了,插到004前面。我们详细分析执行过程:001先来抢到锁打饭了并释放了锁,接下来本应该是004抢到锁,因为它先排队,但005却在004之前抢到锁,打饭了,005比004后来,却先打饭,这就是不公平锁,后面的执行结果按先来后到执行,程序结束。我们用代码证明了ReentrantLock非公平的锁。紧接着我们来看下ReentrantLock另一种作为公平锁的情况。

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ReentrantLock公平锁


基于上面的案例,我们不重复贴代码了,将上述代码中的private static final Lock LOCK = new ReentrantLock(false);参数由false改为true,private static final Lock LOCK = new ReentrantLock(true);无论执行多少次可以得出一个结论:先排队的童鞋能先打饭,不允许插队体现的就是公平锁。

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ReentrantLock底层原理


ReentrantLock是基于AbstractQueuedSynchronizer(抽象队列同步器,简称aqs)实现的,aqs底层维护了一个带头的双向链表,用来同步线程,链表每个节点用Node表示,每个Node会记录线程信息,上下节点,节点状态等信息,aqs控制Node的生命周期。如下图所示,aqs也包含条件队列,锁和条件队列(condition)是一对多的关系,也就是说一个锁可以对应多个条件队列,线程间的通信在条件队列里通过await,single/singleAll方法控制,synchronized只有一个条件队列用wait,notify/notifyAll来实现,这里不展开说了,《母鸡下蛋实例:多线程通信生产者和消费者wait/notify和condition/await/signal条件队列》和《Synchronized用法原理和锁优化升级过程(面试)》可以看我文章,里面有大量清晰简单案例。条件队列也是以链表形式存在。Lock是基于juc包实现,synchronized是本地方法基于c++实现。

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总结


    今天用生活中的例子转化成代码,详细的介绍了公平锁和非公平锁,并简单的介绍了aqs实现原理,给您的建议是认真把代码敲一遍,如果执行了一遍代码应该能看明白,喜欢的请点赞加关注哦。我是叫练【公众号】,边叫边练。

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