【多线程面试题十九】、 公平锁与非公平锁是怎么实现的？

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面试官： 公平锁与非公平锁是怎么实现的？

参考答案：

在Java中实现锁的方式有两种，一种是使用Java自带的关键字synchronized对相应的类或者方法以及代码块进行加锁，另一种是ReentrantLock，前者只能是非公平锁，而后者是默认非公平但可实现公平的一把锁。

ReentrantLock是基于其内部类FairSync(公平锁)和NonFairSync(非公平锁)实现的，并且它的实现依赖于Java同步器框架AbstractQueuedSynchronizer（AQS），AQS使用一个整形的volatile变量state来维护同步状态，这个volatile变量是实现ReentrantLock的关键。我们来看一下ReentrantLock的类图：

ReentrantLock 的公平锁和非公平锁都委托了 AbstractQueuedSynchronizer#acquire 去请求获取。

public final void acquire(int arg) {     if (!tryAcquire(arg) &&         acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))         selfInterrupt(); }

• tryAcquire 是一个抽象方法，是公平与非公平的实现原理所在。

• addWaiter 是将当前线程结点加入等待队列之中。公平锁在锁释放后会严格按照等到队列去取后续值，而非公平锁在对于新晋线程有很大优势。

• acquireQueued 在多次循环中尝试获取到锁或者将当前线程阻塞。

• selfInterrupt 如果线程在阻塞期间发生了中断，调用 Thread.currentThread().interrupt() 中断当前线程。

公平锁和非公平锁在说的获取上都使用到了 volatile 关键字修饰的state字段， 这是保证多线程环境下锁的获取与否的核心。但是当并发情况下多个线程都读取到 state == 0时，则必须用到CAS技术，一门CPU的原子锁技术，可通过CPU对共享变量加锁的形式，实现数据变更的原子操作。volatile 和 CAS的结合是并发抢占的关键。

• 公平锁FairSync

公平锁的实现机理在于每次有线程来抢占锁的时候，都会检查一遍有没有等待队列，如果有， 当前线程会执行如下步骤：

if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) {        setExclusiveOwnerThread(current);     return true;  }

其中hasQueuedPredecessors是用于检查是否有等待队列的：

public final boolean hasQueuedPredecessors() {     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()); }

• 非公平锁NonfairSync

非公平锁在实现的时候多次强调随机抢占：

if (c == 0) {  if (compareAndSetState(0, acquires)) {   setExclusiveOwnerThread(current);   return true;      } } 

与公平锁的区别在于新晋获取锁的进程会有多次机会去抢占锁，被加入了等待队列后则跟公平锁没有区别。