ReentrantLock(重入锁)以及公平性

ReentrantLock(重入锁)以及公平性

标签（空格分隔）： java NIO

---

如果在绝对时间上，先对锁进行获取的请求一定被先满足，那么这个锁是公平的，反之，是不公平的，也就是说等待时间最长的线程最有机会获取锁，也可以说锁的获取是有序的。ReentrantLock这个锁提供了一个构造函数，能够控制这个锁是否是公平的。

而锁的名字也是说明了这个锁具备了重复进入的可能，也就是说能够让当前线程多次的进行对锁的获取操作，这样的最大次数限制是Integer.MAX_VALUE，约21亿次左右。

具体实现

非公平：

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
	final Thread current = Thread.currentThread();
	//获取当前状态
	int c = getState();
	if (c == 0) {//如果当前状态为初始状态
		if (compareAndSetState(0, acquires)) {
			setExclusiveOwnerThread(current);//设置状态
			return true;
		}
	//不是初始状态，当前申请锁的线程就是锁的持有线程
	} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
		int nextc = c + acquires;//状态自增
                if (nextc < 0) // overflow
			throw new Error("Maximum lock count exceeded");
		setState(nextc);
		return true;
	}
	//状态不为0(锁被占用中),当前线程不是持有线程，返回失败
	//即 锁正被别的线程占用，则请求失败
	return false;
}

公平：

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
	final Thread current = Thread.currentThread();
	int c = getState();
	if (c == 0) {
		//区别在于这里多了一项判断：是否是等待队列里的第一个
		//效果是：如果锁被自己的线程持有着，仍然可以重入(即'else-if')。
		//但如果锁时空闲着的，则先来先得(排在队首)
		if (isFirst(current) && compareAndSetState(0, acquires)) {
			setExclusiveOwnerThread(current);
			return true;
		}
	} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
		int nextc = c + acquires;
		if (nextc < 0)
			throw new Error("Maximum lock count exceeded");
		setState(nextc);
		return true;
	}
	return false;
}

进行lock操作时

/*ReentrantLock->NonfairSync */
final void lock() {
	//如果锁空闲，直接使用，无需排队；否则进行请求
	if (compareAndSetState(0, 1))
		setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
	else
		acquire(1);
}

/*AbstractQueuedSynchronizer */
public final void acquire(int arg) {
	//注意，A&B运算，如果A==False，则不会执行B
	//因此，如果tryAcquire成功，则不执行后面的“在sync队列中排队”操作
	if (!tryAcquire(arg) &&
		acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
		selfInterrupt();
}

上述代码，即非公平的acquire，如下图所示

• Fast：tryAcquire，非公平的获取
• normal： 进入请求队列
  
  这意味着，某条线程释放完锁，也可以不经过等待队列，而通过Fast通道再次获得锁。

这种模式，可以保证进入和退出锁的吞吐量，但是sync队列中过早排队的线程会一直处于阻塞状态，造成“饥饿”场景。在非公平锁中，CPU的处理时间中，只有很少的时间花在线程调度上，大多都用在实际工作上。

---

非公平锁性能高于公平锁性能的原因：

在恢复一个被挂起的线程与该线程真正运行之间存在着严重的延迟。

考虑如下场景：线程A释放了锁，队列中第一个线程B将从[挂起]状态向[唤醒]状态，并再次请求锁。在B未完成唤醒前，线程C也开始请求锁。

• 公平锁：虽然锁现在是空闲的，但因为队列中还有线程B排在前面，因此C需进队列等待，状态变为[挂起]。从‘C到来’至‘B完全唤醒’之间的时间T，锁是空闲的，被浪费了。
• 非公平锁：由于此时锁是空闲的，C直接获得锁。如果C工作执行的快，可能当释放锁之后，B尚未完全唤醒，则原本会被浪费的时间T被利用了。但如果B唤醒后C还未执行完，则B又要挂起继续等待。

因此，当持有锁的时间相对较长或者请求锁的平均时间间隔较长，应该使用公平锁。在这些情况下，插队带来的吞吐量提升（当锁处于可用状态时，线程却还处于被唤醒的过程中）可能不会出现。