Java高频面试之并发编程-23

hello啊，各位观众姥爷们！！！本baby今天又来报道了！哈哈哈哈哈嗝🐶

面试官：ReentrantLock 如何实现公平锁的？

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ReentrantLock 公平锁的实现原理

ReentrantLock 的公平锁通过 AQS（AbstractQueuedSynchronizer） 的同步队列（CLH 队列变体）和 严格的顺序检查机制 实现，确保线程按照请求锁的顺序获取锁。以下是其核心实现细节：

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1. 公平锁与非公平锁的核心区别

公平锁与非公平锁的唯一差异在于 获取锁时的策略：

• 非公平锁：新线程可以直接尝试抢占锁（即使队列中有线程在等待）。
• 公平锁：新线程必须检查队列中是否有等待线程，若有则排队，严格按 FIFO 顺序获取锁。

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2. 公平锁的实现关键

(1) tryAcquire 方法的重写

公平锁的 tryAcquire 方法中，必须先检查同步队列中是否有其他线程在排队 ，若无才允许尝试获取锁。这是通过 hasQueuedPredecessors() 方法实现的。

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {
        // 关键点：只有队列中没有等待线程时，才尝试获取锁
        if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        // 重入逻辑与非公平锁一致
        int nextc = c + acquires;
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

(2) hasQueuedPredecessors() 方法

该方法判断当前线程是否是队列中的第一个有效节点（即是否有其他线程更早地请求锁）：

public final boolean hasQueuedPredecessors() {
    Node t = tail; // 队列尾节点
    Node h = head; // 队列头节点
    Node s;
    // 队列不为空，且头节点的下一个节点存在，且该节点关联的线程不是当前线程
    return h != t &&
        ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}

• 返回 true：队列中存在比当前线程更早等待的线程，当前线程必须排队。
• 返回 false：队列为空或当前线程是队列中的第一个有效节点，允许尝试获取锁。

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3. 公平锁的工作流程

(1) 线程首次获取锁

1. 线程调用 lock() 方法。
2. 调用 acquire(1)，触发 tryAcquire。
3. 若 state=0（锁未被占用）：
   • 检查队列中是否有等待线程（hasQueuedPredecessors()）。
   • 若无等待线程 ：尝试 CAS 修改 state 为 1，成功则获取锁。
   • 若有等待线程 ：封装为 Node 加入队列尾部，进入阻塞状态。

(2) 锁释放后唤醒后续线程

1. 持有锁的线程调用 unlock()，释放锁（state=0）。
2. AQS 唤醒队列中第一个有效节点（头节点的后继节点）关联的线程。
3. 被唤醒的线程再次尝试 tryAcquire，此时队列中无更早的等待线程，成功获取锁。

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4. 公平锁的严格顺序保证

公平锁通过以下机制确保顺序性：

1. 禁止插队：新线程必须检查队列中是否有等待线程，无法直接抢占锁。
2. 队列唤醒：锁释放时，只唤醒队列中的第一个有效节点，确保先进先出。

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5. 公平锁的代价

• 性能开销 ：
  每次获取锁都需要检查队列状态，增加 CAS 操作和线程切换次数。
• 吞吐量降低 ：
  严格的顺序性可能导致 CPU 空闲（例如，队列中的线程唤醒需要时间）。

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6. 代码示例：公平锁的完整获取流程

// 创建公平锁
ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true);

// 加锁过程
fairLock.lock();
try {
    // 临界区代码
} finally {
    fairLock.unlock();
}

你想要的技术资料我全都有：https://pan.q删掉汉子uark.cn/s/aa7f2473c65b

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