JUC小册——公平锁和非公平锁

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公平锁和非公平锁是锁的两种不同实现策略,主要用于多线程环境下对共享资源的访问控制,下面从定义、区别、优缺点、使用场景等方面详细介绍:

一、定义

  • 公平锁 :是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁,就像排队一样,先到先得。当一个线程请求锁时,如果锁当前被其他线程持有,那么该线程会被放入等待队列中,等持有锁的线程释放锁后,等待队列中最前面的线程会获得锁。在 Java 中,ReentrantLock可以通过构造函数ReentrantLock(boolean fair)并传入true来创建公平锁。示例代码如下:
java 复制代码
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

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

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                fairLock.lock();
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获得锁");
                } finally {
                    fairLock.unlock();
                }
            }).start();
        }
    }
}
  • 非公平锁 :多个线程获取锁的顺序并不按照申请锁的顺序,当锁被释放时,任何一个等待锁的线程都有机会获得锁,而不是按照等待顺序。在 Java 中,synchronized关键字和ReentrantLock默认都是非公平锁。例如:
java 复制代码
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class NonFairLock {
    private static final ReentrantLock nonFairLock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                nonFairLock.lock();
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获得锁");
                } finally {
                    nonFairLock.unlock();
                }
            }).start();
        }
    }
}

二、两者区别

  • 获取锁的顺序 :公平锁严格按照线程请求锁的顺序来分配锁;非公平锁不保证线程获取锁的顺序,新请求锁的线程可能会在等待队列中的线程之前获得锁。
  • 实现机制 :公平锁在每次获取锁时,会先检查等待队列中是否有其他线程在等待,如果有则将自己放入等待队列尾部;非公平锁在锁被释放时,新请求锁的线程会直接尝试获取锁,而不考虑等待队列中是否有其他线程。

三、优缺点

  • 公平锁
    • 优点 :公平锁保证了线程获取锁的公平性,每个线程都有机会按照顺序获取锁,避免了某些线程长时间等待锁的情况,适用于对公平性要求较高的场景。
    • 缺点:由于需要维护等待队列,公平锁的实现相对复杂,性能开销较大,在高并发场景下可能会导致吞吐量下降。
  • 非公平锁
    • 优点:非公平锁的实现简单,性能较高,因为它减少了线程上下文切换和等待队列的维护开销。在高并发场景下,非公平锁可以提高系统的吞吐量。
    • 缺点:可能会导致某些线程长时间得不到锁,出现"饥饿"现象。

四、适合场景

  • 公平锁:适用于对公平性要求较高的场景,例如任务调度系统,每个任务都希望按照提交的顺序依次执行;或者资源分配系统,需要保证每个线程都能公平地获取资源。
  • 非公平锁 :适用于对性能要求较高、对公平性要求较低的场景,例如大多数的并发编程场景,如缓存系统的并发访问、数据库连接池的并发操作等,这些场景更注重系统的整体性能和吞吐量。

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