??在面試或者日常開發(fā)當(dāng)中盼玄，經(jīng)常會遇到公平鎖和非公平鎖的概念。
兩者最大的區(qū)別如下??
1?? 公平鎖：N個線程去申請鎖時埃儿，會按照先后順序進(jìn)入一個隊列當(dāng)中去排隊童番，依次按照先后順序獲取鎖。就像下圖描述的上廁所的場景一樣剃斧，先來的先占用廁所幼东，后來的只能老老實實排隊。
2?? 非公平鎖：N個線程去申請鎖策橘，會直接去競爭鎖娜亿，若能獲取鎖就直接占有，獲取不到鎖沛婴，再進(jìn)入隊列排隊順序等待獲取鎖。同樣以排隊上廁所打比分泻蚊，這時候丑婿，后來的線程會先嘗試插隊看看能否搶占到廁所，若能插隊搶占成功秒旋，就能使用廁所诀拭，若失敗就得老老實實去隊伍后面排隊耕挨。
針對這兩個概念，我們通過ReentrantLock底層源碼來分析下?? ：公平鎖和非公平鎖在ReentrantLock類當(dāng)中鎖怎樣實現(xiàn)的贪庙。
??ReentrantLock內(nèi)部實現(xiàn)的公平鎖類是FairSync赋铝，非公平鎖類是NonfairSync。
當(dāng)ReentrantLock以無參構(gòu)造器創(chuàng)建對象時，默認(rèn)生成的是非公平鎖對象NonfairSync良哲，只有帶參且參數(shù)為true的情況下FairSync助隧，才會生成公平鎖，若傳參為false時巍实，生成的依然是非公平鎖哩牍，兩者構(gòu)造器源碼結(jié)果如下??
圖1
在實際開發(fā)當(dāng)中膝昆，關(guān)于ReentrantLock的使用案例叠必，一般是這個格式??
class X {
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// ...
public void m() {
lock.lock();
// block until condition holds
try {
// ... method body
} finally {
lock.unlock()
}
}
}
這時的lock指向的其實是NonfairSync對象纬朝，即非公平鎖骄呼。
當(dāng)使用lock.lock()對臨界區(qū)進(jìn)行占鎖操作時，最終會調(diào)用到NonfairSync對象的lock()方法俄讹。根據(jù)圖1可知绕德，NonfairSync和FairSync兩者的lock方法實現(xiàn)邏輯是不一樣的，而體現(xiàn)其鎖是否符合公平與否的地方踪蹬，就是在兩者的lock方法里臣咖。
可以看到夺蛇，在非公平鎖NonfairSync的上鎖lock方法當(dāng)中，若if(compareAndSetState(0,1))判斷不滿足娶聘，就會執(zhí)行acquire(1)方法甚脉，該方法跟公平鎖FairSync的lock方法里調(diào)用的acquire(1)其實是同一個，但方法里的tryAcquire具體實現(xiàn)又存在略微不同狡耻，這里后面會討論猴凹。
這里就呼應(yīng)前文提到的非公平鎖的概念——當(dāng)N個線程去申請非公平鎖郊霎，它們會直接去競爭鎖，若能獲取鎖就直接占有歹篓，獲取不到鎖，再進(jìn)入隊列排隊順序等待獲取鎖背捌。這里的“獲取不到鎖毡庆，再進(jìn)入隊列排隊順序等待獲取鎖”可以理解成?——當(dāng)線程過來直接競爭鎖失敗后，就會變成公平鎖的形式毅否，進(jìn)入到一個隊列當(dāng)中蝇刀，按照先后順序排隊去獲取鎖。
而if(compareAndSetState(0,1))語句塊的邏輯捆探，恰好就體現(xiàn)了“當(dāng)N個線程去申請非公平鎖站粟，它們會直接去競爭鎖，若能獲取鎖就直接占有”這句話的意思助被。
??首先切诀，先來分析NonfairSync的lock()方法原理趾牧，源碼如下??
final void lock() {
//先競爭鎖，若能競爭成功，則占有鎖資源
if (compareAndSetState(0, 1))
//將獨占線程成員變量設(shè)置為當(dāng)前線程蹦渣，表示占有鎖資源的線程
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
compareAndSetState(0, 1)就是一個當(dāng)前線程與其他線程搶占鎖的過程柬唯，這里面涉及到AQS的知識點，因此锄奢，閱讀本文時，需具備一定的AQS基礎(chǔ)涂屁。
JUC的鎖實現(xiàn)是基于AQS實現(xiàn)的拆又，可以簡單理解成，AQS里定義了一個private volatile int state變量栈源，若state值為0竖般，說明無線程占有，其他線程可以進(jìn)行搶占鎖資源艰亮；若state值為1胞谭，說明已有線程占有鎖資源丈屹，其他線程需要等待該占有鎖的線程釋放鎖資源后，方能進(jìn)行搶占鎖的動作彩库。
線程在搶占鎖時先蒋，是通過CAS對state變量進(jìn)行置換操作的，期望值expect是0眯搭，更新值update為1业岁，若期望值expect能與內(nèi)存地址里的state值一致笔时，就可以通過原子操作將內(nèi)存地址里state值置換成更新值update，返回true借笙，反之，就置換失敗返回false盗痒。
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
// See below for intrinsics setup to support this
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
可見盼忌，這里的if (compareAndSetState(0, 1))就體現(xiàn)了非公平鎖的機制，當(dāng)前線程會先去競爭鎖看成，若能競爭成功跨嘉，就占有鎖資源祠乃。
若競爭鎖失敗話，就會執(zhí)行acquire(1)方法琴拧，其原理就相當(dāng)走跟公平鎖類似的邏輯嘱支。
acquire(1);
進(jìn)入acquire方法，該方法是位于AbstractQueuedSynchronizer里沛膳，就是前文提到的AQS汛聚，即抽象同步隊列器倚舀，它相當(dāng)提供一套用戶態(tài)層面的鎖框架，基于它可以實現(xiàn)用戶態(tài)層面的鎖機制话速。
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
注意一點芯侥，NonfairSync和FairSync調(diào)用的acquire(int arg)方法中的tryAcquire方法柱查，其實現(xiàn)是不同的。NonfairSync調(diào)用的acquire方法研乒，其底層tryAcquire調(diào)用的是NonfairSync重寫的tryAcquire方法淋硝；FairSync調(diào)用的acquire方法，其底層tryAcquire調(diào)用的是FairSync重寫的tryAcquire方法竿报。
NonfairSync類的acquire方法的流程圖如下??
先分析非公平鎖的!tryAcquire(arg)底層源碼實現(xiàn)烈菌，該方法的整體邏輯是芽世，通過getState()獲取state狀態(tài)值诡壁，判斷是否已為0。若state等于0了旺矾，說明此時鎖資源處于無鎖狀態(tài)纽帖，那么懊直，當(dāng)前線程就可以直接再執(zhí)行一遍CAS原子搶鎖操作，若CAS成功雕崩，說明已成功搶占鎖融撞。若state不為0，再判斷當(dāng)前線程是否與占有資源的鎖為同一個線程饶火，若同一個線程，那么就進(jìn)行重入鎖操作当辐，即ReentrantLock支持同一個線程對資源的重復(fù)加鎖鲤看，每次加鎖义桂，就對state值加1，解鎖時袖裕，就對state解鎖罢浇，直至減到0最后釋放鎖。
??最后攒岛，若在該方法里灾锯，通過CAS搶占鎖成功或者重入鎖成功嗅榕，那么就會返回true，若失敗兼雄，就會返回false帽蝶。
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
//獲取當(dāng)前線程引用
final Thread current = Thread.currentThread();
//獲取AQS的state狀態(tài)值
int c = getState();
//若state等于0了励稳，說明鎖處于無被占用狀態(tài)，可被當(dāng)前線程搶占
if (c == 0) {
//再次嘗試通過CAS搶鎖
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
//將獨占線程成員變量設(shè)置為當(dāng)前線程趣避，表示占有鎖資源的線程
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
//判斷當(dāng)前線程是否與占有鎖資源的線程為同一個線程
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
//每次重入鎖程帕，state就會加1
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
在 if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))代碼當(dāng)中，根據(jù) &&短路機制澎羞，若!tryAcquire(arg)為false敛苇，就不會再執(zhí)行后面代碼枫攀。反之株茶，若!tryAcquire(arg)為true，說明搶占鎖失敗了或者不屬于重入鎖蹦掐，那么就會繼續(xù)后續(xù)acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))代碼的執(zhí)行僵闯。acquireQueued里面的邏輯鳖粟，就可以理解成“獲取不到鎖，再進(jìn)入隊列排隊順序等待獲取鎖”泳秀。這塊內(nèi)容涉及比較復(fù)雜的雙向鏈表邏輯榄攀，我后面會另外寫一篇文章深入分析檩赢，本文主要是講解公平鎖和非公平鎖的區(qū)別科普。
FairSync公平鎖lock方法里acquire(1)的邏輯與非公平鎖NonfairSync的acquire(1)很類似币他，其底層實現(xiàn)同樣是這樣??
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
我們來看下FairSync類里重實現(xiàn)的tryAcquire與NonfairSync最終執(zhí)行的tryAcquire區(qū)別??
可以看到蝴悉，公平鎖FairSync的tryAcquire方法比NonfairSync的nonfairTryAcquire方法多了一行!hasQueuedPredecessors()代碼瘾敢。
在FairSync公平鎖里，若hasQueuedPredecessors()返回false射众，那么!hasQueuedPredecessors()就會為true晃财，在執(zhí)行以下判斷時，就會通過compareAndSetState(0, acquires)即CAS原子搶占鎖罗洗。
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
那么伙菜，什么情況下命迈，hasQueuedPredecessors() 能得到false值呢壶愤？
public final boolean hasQueuedPredecessors() {
// The correctness of this depends on head being initialized
// before tail and on head.next being accurate if the current
// thread is first in queue.
Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order
Node h = head;
Node s;
return h != t &&
((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}
?存在兩種情況：
1?? 第一種情況，h != t為false踊淳，說明head和tail節(jié)點都為null或者h(yuǎn)和t都指向一個假節(jié)點head陕靠，這兩種情況都說明了剪芥，此時的同步隊列還沒有初始化，簡單點理解溉躲，就是在當(dāng)前線程之前益兄，還沒有出現(xiàn)線程去搶占鎖净捅，因此，此時荆永，鎖是空閑的， 同時當(dāng)前線程算上最早到來的線程之一（高并發(fā)場景下同一時刻可能存在N個線程同時到來）豆村，就可以通過CAS競爭鎖骂删。
2?? 第二種情況桃漾，h != t為true但(s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread()為false，當(dāng)頭節(jié)點head和尾節(jié)點都不為空且指向不是同一節(jié)點，就說明同步隊列已經(jīng)初始化恋追，此時至少存在兩個以上節(jié)點罚屋，那么head.next節(jié)點必定不為空脾猛，即(s = h.next) == null會為false，若s.thread != Thread.currentThread()為false羹铅，說明假節(jié)點head的next節(jié)點剛好與當(dāng)前線程為同一節(jié)點愉昆，也就意味著跛溉，當(dāng)前線程排在隊列最前面，排在前面的可以在鎖空閑時獲取鎖資源专肪，就可以執(zhí)行compareAndSetState(0, acquires)去搶占鎖資源堪侯。
若同步隊列已經(jīng)初始化抖格，且當(dāng)前線程又不是在假節(jié)點head的next節(jié)點咕晋，就只能老老實實去后面排隊等待獲取鎖了收奔。
