关于lock:排队打饭公平锁和非公平锁面试

简介

有个小伙伴最近征询我，前段时间他被 面试官 问了 synchronized 是偏心锁还是 非偏心锁 ？过后就蒙圈了，最初面试后果可想而知，明天咱们就用一个艰深的案例加上代码来阐明 偏心锁 和非偏心锁 。其实偏心锁这个概念是 JUC 工具包才有的，比方 ReentrantLock 才有偏心锁的概念，这篇文章咱们联合生存中的实例用 2 段代码阐明ReentrantLock 偏心锁和非偏心锁，以及证实 synchronized 是非偏心锁的。 心愿对小伙伴有帮忙。

偏心锁、非偏心锁概念

• 偏心锁：举一个简略例子，有五个同学每天必须排队去打饭，为了简略起见，咱们给这五名同学每人定义一个编号，别离为 编号 001到 编号 005，这五名同学按 先来后到 的排队，打饭，先来的同学能先打到饭。每个同学都是一个线程，在这个过程中起初的同学是 不容许插队的，这就是偏心锁。
• 非偏心锁：起初到同学不肯定后打到饭，在打饭的过程中，是容许插队的，这种线程插入的行为人们认为是不偏心的。举个例子，比方编号为 001，002，003，004 的同学先到先排队了，005 最初来排队本应该排在 004 前面的，然而 005 看 001 正好打完饭来到，他就去插队了，也就是打饭的程序由 001->002->003->004->005 变为 001->005->002->003->004。其实你当初应该了解了，偏心锁就是失常排队，非偏心就是插队。当然你可能会有疑难？是不是 005 插到 001 的前面肯定会胜利，答案是不肯定，这要看机会的，咱们方才说了“005 看 001 正好打完饭来到”，上面应该是 002 了，可能打饭阿姨还没问 002 筹备吃什么，就看 005 曾经排到后面去了，那 005 就插队胜利了，这就是机会。上面咱们用程序代码来加深了解。

synchronized 非偏心锁

/**
 * @author：jiaolian
 * @date：Created in 2020-12-31 16:01
 * @description：食堂打饭：synchronized 不偏心
 * @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 个同学去打饭
        for (int i=0; i<5; i++) {new Thread(()->{diningRoom.getFood();
            },"同学编号:00"+(i+1)).start();}
    }
}

如上代码：咱们定义一个外部类 DiningRoom 示意食堂，getFood 办法外面用 synchronized 锁润饰 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 五个同学同时去打饭，用于测试先排队的同学是否能先打到饭？运行程序失去 其中 一种 执行后果如下图所示，002->004->001->003->005 同学先去排队，但打饭的程序是 002->003->001->004->005，阐明这里 003 和 001 两个同学插队了，插到 004 后面了，咱们详细分析执行过程，002 先抢到锁打饭了，开释了锁，原本应该是接下来是 004 抢到锁去打饭（因为 004 是比 003 先来排队），但 003 抢到锁，打饭了，开释了锁，这是第一次插队。当初还是来 004 抢锁，然而没抢到又被 001 抢到了，开释锁后才被 004 抢到，这是第二次插队，前面别离再是 004->005 抢到锁，开释锁，程序执行结束。因为 003 和 001 插队，咱们用代码 证实了 synchronized是 非偏心锁。紧接着咱们来看下ReentrantLock 偏心锁和非偏心锁。

ReentrantLock 非偏心锁

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

/**
 * @author：jiaolian
 * @date：Created in 2020-12-31 11:11
 * @description：非偏心锁测试  在获取锁的时候和再获取锁的程序不统一;
 * @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 个同学去打饭
        for (int i=0; i<5; i++) {new Thread(()->{diningRoom.getFood();
            },"同学编号: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 示意非偏心锁，下面代码须要用 LOCK.lock()加锁，LOCK.unlock()解锁，须要放入 try，finally 代码块中，目标是如果 try 中加锁后代码产生异样锁最终执行 LOCK.unlock()，锁总能被开释。主类中让编号 001 至 005 五个同学同时去打饭，失去 其中一种 执行后果如下图所示，001->004->005->003->002 同学先去排队，但打饭的程序是 001->005->004->003->002，这里 005 同学插队了，插到 004 后面。咱们详细分析执行过程：001 先来抢到锁打饭了并开释了锁，接下来本应该是 004 抢到锁，因为它先排队，但 005 却在 004 之前抢到锁，打饭了，005 比 004 起初，却先打饭，这就是不偏心锁，前面的执行后果按先来后到执行，程序完结。咱们用代码 证实了 ReentrantLock 是非偏心的锁。紧接着咱们来看下ReentrantLock 另一种作为偏心锁的状况。

ReentrantLock 偏心锁

基于下面的案例，咱们不反复贴代码了，将上述代码中 13 行的 private static final Lock LOCK = new ReentrantLock(false)； 参数由 false 改为 true，private static final Lock LOCK = new ReentrantLock(true)；无论执行多少次能够得出一个论断：先排队的童鞋能先打饭，不容许插队体现的就是偏心锁。

ReentrantLock 底层原理

ReentrantLock 是基于 AbstractQueuedSynchronizer（形象队列同步器，简称 aqs）实现的，aqs 底层保护了一个带头的双向链表，用来 同步线程 ，链表每个节点用 Node 示意，每个 Node 会记录线程信息，高低节点，节点状态等信息，aqs 管制 Node 的生命周期。如下图所示，aqs 也蕴含条件队列，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，线程间的通信在条件队列里通过 await，single/singleAll 办法管制，synchronized 只有一个条件队列用 wait，notify/notifyAll 来实现，这里不开展说了，《 母鸡下蛋实例：多线程通信生产者和消费者 wait/notify 和 condition/await/signal 条件队列》和《Synchronized 用法原理和锁优化降级过程(面试)》能够看我文章，外面有大量清晰简略案例。条件队列也是以链表模式存在。Lock 是基于 juc 包实现，synchronized 是本地办法基于 c ++ 实现。

总结

明天用生存中的例子转化成代码，具体的介绍了偏心锁和非偏心锁，并简略的介绍了 aqs 实现原理，给您的倡议是认真把代码敲一遍，如果执行了一遍代码应该能看明确，喜爱的请点赞加关注哦。我是 叫练【公众号】，边叫边练。