JUC小册——公平锁和非公平锁

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：

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：

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。