从AQS公平锁源码剖析锁机制的奥秘

后端

2023-06-10 04:33:33

深入剖析 Java 中的 ReentrantLock 和公平锁

导言

在并发编程中，锁机制是同步共享资源的关键工具，可防止数据竞争和程序崩溃。Java 中的 ReentrantLock 是实现锁的经典工具，提供公平锁和非公平锁两种模式。本文将深入剖析 AQS 公平锁源码，揭开锁机制背后的奥秘。

ReentrantLock 的实现

ReentrantLock 是可重入锁，允许同一线程多次获取同一锁。默认情况下，它是非公平锁，即线程获取锁的顺序与请求顺序无关。若需启用公平锁，需在创建 ReentrantLock 时传入 true 参数。

尝试获取锁：tryAcquire()

tryAcquire() 方法用于尝试获取锁。首先，它会检查当前线程是否已持有锁，若是，直接返回 true，无需等待。否则，它会尝试获取锁，成功则返回 true，失败则返回 false。

加入等待队列：acquireQueued()

若 tryAcquire() 失败，当前线程将加入等待队列。acquireQueued() 方法用于将线程加入队列。它会检查队列是否为空，若空，将当前线程设置为队列头结点。否则，它将当前线程添加到队列尾部。

公平锁与非公平锁的区别

公平锁和非公平锁的区别在于线程获取锁的顺序。公平锁遵循先进先出的原则（FIFO），而非公平锁无此限制，可能出现后请求锁的线程先获取锁的情况。

选择公平锁还是非公平锁

公平锁和非公平锁各有优缺点，应根据实际情况选择。公平锁保证线程获取锁的顺序，适合需要严格保证顺序的场景。非公平锁吞吐量更高，适合高并发的场景。

深入 AQS 公平锁源码

公平锁使用 AQS（AbstractQueuedSynchronizer）实现。AQS 定义了同步器的抽象结构，提供锁的原子性操作。公平锁在 AQS 基础上实现公平机制，确保线程获取锁的顺序。

公平性队列

公平锁维护一个公平性队列，其中包含请求锁的线程。队列中线程的顺序决定了获取锁的顺序。当锁释放时，队列头结点的线程将获取锁。

公平获取锁

当线程尝试通过 tryAcquire() 获取锁时，若锁已被占用，它将加入公平性队列。队列中的线程会等待前置线程释放锁，然后依次获取锁。

代码示例：公平锁

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class FairLockExample {
    private static final ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true);

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            System.out.println("Thread 1 attempting to acquire lock...");
            fairLock.lock();
            try {
                System.out.println("Thread 1 acquired lock.");
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                fairLock.unlock();
                System.out.println("Thread 1 released lock.");
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            System.out.println("Thread 2 attempting to acquire lock...");
            fairLock.lock();
            try {
                System.out.println("Thread 2 acquired lock.");
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                fairLock.unlock();
                System.out.println("Thread 2 released lock.");
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
    }
}