并发编程解析之锁详解！JUC中公平锁的获取和释放分析说明

2023-09-20 04:06:58

引言

在并发编程中，锁是协调多个线程访问共享资源的关键机制。锁可以确保在同一时刻，只有一个线程能够访问共享资源，从而防止数据不一致和程序崩溃等问题。

公平锁是一种特殊的锁机制，它能够保证线程按照请求顺序公平获取锁。这意味着，如果一个线程比另一个线程先请求锁，那么它将先于另一个线程获得锁。即使另一个线程的优先级更高，也无法插队。

基本概念

在Java并发编程中，公平锁通常使用AQS（AbstractQueuedSynchronizer）实现。AQS是一个抽象类，它提供了锁的公共方法和数据结构。公平锁的实现基于队列，它维护了一个等待队列，当一个线程请求锁时，如果锁被另一个线程持有，它将被放入等待队列中。当锁释放时，等待队列中的第一个线程将被唤醒并获得锁。

AQS锁的结构

AQS锁由以下几个主要数据结构组成：

state： 保存锁的状态，可以是0（未锁定）或1（已锁定）
head： 指向等待队列头部的节点
tail： 指向等待队列尾部的节点
waiters： 保存等待队列中所有节点的引用

公平锁的获取过程

当一个线程请求获取公平锁时，它会执行以下步骤：

如果锁是空闲的，则直接获取锁并返回。
如果锁被另一个线程持有，则将当前线程放入等待队列的末尾。
如果当前线程是等待队列中的第一个线程，则它将被唤醒并获得锁。
如果当前线程不是等待队列中的第一个线程，则它将被阻塞，直到前面的线程释放锁。

公平锁的释放过程

当一个线程释放公平锁时，它会执行以下步骤：

将锁的状态设置为0（未锁定）。
唤醒等待队列中的第一个线程。
如果等待队列中没有线程，则将锁的状态设置为1（已锁定）。

代码示例

以下是一个使用AQS实现的公平锁的代码示例：

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

public class FairLock extends AbstractQueuedSynchronizer {

    @Override
    protected boolean tryAcquire(int arg) {
        // 如果锁是空闲的，则直接获取锁并返回
        if (compareAndSetState(0, 1)) {
            return true;
        }
        // 如果锁被另一个线程持有，则将当前线程放入等待队列的末尾
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE));
        return false;
    }

    @Override
    protected boolean tryRelease(int arg) {
        // 将锁的状态设置为0（未锁定）
        setState(0);
        // 唤醒等待队列中的第一个线程
        releaseQueued();
        return true;
    }
}