排队打饭：公平锁和非公平锁(面试)

简介

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有个小伙伴最近咨询我，前段时间他被面试官问了synchronized是公平锁仍是非公平锁？当时就蒙圈了，最后面试结果可想而知，今天咱们就用一个通俗的案例加上代码来讲明公平锁和非公平锁。其实公平锁这个概念是JUC工具包才有的，好比ReentrantLock才有公平锁的概念，这篇文章咱们结合生活中的实例用2段代码说明ReentrantLock公平锁和非公平锁，以及证实synchronized是非公平锁的。但愿对小伙伴有帮助。

公平锁、非公平锁概念

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• 公平锁：举一个简单例子，有五个同窗天天必须排队去打饭，为了简单起见，咱们给这五名同窗没人定义一个编号，分别为编号001到编号005，这五名同窗按先来后到的排队，打饭，先来的同窗能先打到饭。每一个同窗都是一个线程，在这个过程当中后来的同窗是不容许插队的，这就是公平锁。
• 非公平锁：后来到同窗不必定后打到饭，在打饭的过程当中，是容许插队的，这种线程插入的行为人们认为是不公平的。举个例子，好比编号为001，002，003，004的同窗先到先排队了，005最后来排队本应该排在004后面的，可是005看001正好打完饭离开，他就去插队了，也就是打饭的顺序由001->002->003->004->005变为001->005->002->003->004。其实你如今应该理解了，公平锁就是正常排队，非公平就是插队。固然你可能会有疑问？是否是005插到001的后面必定会成功，答案是不必定，这要看时机的，咱们刚才说了“005看001正好打完饭离开”，下面应该是002了，可能打饭阿姨还没问002准备吃什么，就看005已经排到前面去了，那005就插队成功了，这就是时机。下面咱们用程序代码来加深理解。

synchronized非公平锁

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/**
 * @author ：jiaolian
 * @date ：Created in 2020-12-31 16:01
 * @description：食堂打饭：synchronized不公平
 * @modified By：
 * 公众号:叫练
 */
public class SyncUnFairLockTest {

    //食堂
    private static class DiningRoom {
        //获取食物
        public void getFood() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":排队中");
            synchronized (this) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":@@@@@@打饭中@@@@@@@");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        DiningRoom diningRoom = new DiningRoom();
        //让5个同窗去打饭
        for (int i=0; i<5; i++) {
            new Thread(()->{
                diningRoom.getFood();
            },"同窗编号:00"+(i+1)).start();
        }
    }
}

如上代码：咱们定义一个内部类DiningRoom表示食堂，getFood方法里面用synchronized锁修饰this指向DiningRoom的实例对象（22行中的diningRoom对象），主类中让编号001至005五个同窗同时去打饭，用于测试先排队的同窗是否能先打到饭？运行程序获得其中一种执行结果以下图所示，002->004->001->003->005同窗先去排队，但打饭的顺序是002->003->001->004->005，说明这里003和001两个同窗插队了，插到004前面了，咱们详细分析执行过程，002先抢到锁打饭了，释放了锁，原本应该是接下来是004抢到锁去打饭（由于004是比003先来排队），但003抢到锁，打饭了，释放了锁，这是第一次插队。如今仍是来004抢锁，可是没抢到又被001抢到了，释放锁后才被004抢到，这是第二次插队，后面分别再是004->005抢到锁，释放锁，程序执行完毕。由于003和001插队，咱们用代码证实了synchronized是非公平锁。紧接着咱们来看下ReentrantLock公平锁和非公平锁。

ReentrantLock非公平锁

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import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @author ：jiaolian
 * @date ：Created in 2020-12-31 11:11
 * @description：非公平锁测试  在获取锁的时候和再获取锁的顺序不一致;
 * @modified By：
 * 公众号:叫练
 */
public class UnFairLockTest {

    private static final Lock LOCK = new ReentrantLock(false);

    //食堂
    private static class DiningRoom {
        //获取食物
        public void getFood() {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":正在排队");
                LOCK.lock();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":@@@@@@打饭中@@@@@@@");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                LOCK.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        DiningRoom diningRoom = new DiningRoom();
        //让5个同窗去打饭
        for (int i=0; i<5; i++) {
            new Thread(()->{
                diningRoom.getFood();
            },"同窗编号:00"+(i+1)).start();
        }
    }
}

如上代码：咱们在代码第13行中定义了Lock LOCK = new ReentrantLock(false)；ReentrantLock的参数是false表示非公平锁，上面代码须要用LOCK.lock()加锁，LOCK.unlock()解锁，须要放入try，finally代码块中，目的是若是try中加锁后代码发生异常锁最终执行LOCK.unlock()，锁总能被释放。主类中让编号001至005五个同窗同时去打饭，获得其中一种执行结果以下图所示，001->004->005->003->002同窗先去排队，但打饭的顺序是001->005->004->003->002，这里005同窗插队了，插到004前面。咱们详细分析执行过程：001先来抢到锁打饭了并释放了锁，接下来本应该是004抢到锁，由于它先排队，但005却在004以前抢到锁，打饭了，005比004后来，却先打饭，这就是不公平锁，后面的执行结果按先来后到执行，程序结束。咱们用代码证实了ReentrantLock是非公平的锁。紧接着咱们来看下ReentrantLock另外一种做为公平锁的状况。

ReentrantLock公平锁

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基于上面的案例，咱们不重复贴代码了，将上述代码中13行的private static final Lock LOCK = new ReentrantLock(false)；参数由false改成true，private static final Lock LOCK = new ReentrantLock(true)；不管执行多少次能够得出一个结论：先排队的童鞋能先打饭，不容许插对体现的就是公平锁。

ReentrantLock底层原理

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ReentrantLock是基于AbstractQueuedSynchronizer（抽象队列同步器，简称aqs）实现的，aqs底层维护了一个带头的双向链表，用来同步线程，链表每一个节点用Node表示，每一个Node会记录线程信息，上下节点，节点状态等信息，aqs控制Node的生命周期。以下图所示，aqs也包含条件队列，锁和条件队列（condition）是一对多的关系，也就是说一个锁能够对应多个条件队列，线程间的通讯在条件队列里经过await，single/singleAll方法控制，synchronized只有一个条件队列用wait，notify/notifyAll来实现，这里不展开说了，《母鸡下蛋实例：多线程通讯生产者和消费者wait/notify和condition/await/signal条件队列》和《Synchronized用法原理和锁优化升级过程(面试)》能够看我文章，里面有大量清晰简单案例。条件队列也是以链表形式存在。Lock是基于juc包实现，synchronized是本地方法基于c++实现。

总结

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今天用生活中的例子转化成代码，详细的介绍了公平锁和非公平锁，并简单的介绍了aqs实现原理，给您的建议是认真把代码敲一遍，若是执行了一遍代码应该能看明白，喜欢的请点赞加关注哦。我是叫练【公众号】，边叫边练。