ReentrantLock 公平锁与非公平锁:对比变量抢占机制对吞吐量的影响

阿墨同学_9982

阿墨同学_9982

2026-05-09

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原创

非公平锁吞吐量更高,因其省略公平锁的hasqueuedpredecessors()队列检查,直接cas抢锁,避免volatile读开销、缓存竞争及park/unpark上下文切换,仅抢失败时才入队等待。

reentrantlock 公平锁与非公平锁:对比变量抢占机制对吞吐量的影响

非公平锁吞吐量更高,核心在于它绕过了公平锁中那个关键的队列前置检查——hasQueuedPredecessors()。这个方法看似轻量,实则在高并发下成了性能瓶颈。

抢占逻辑差异:一上来就抢 vs 先查队列再试

非公平锁的 lock() 方法第一步就是直接 CAS 尝试抢锁:
– 如果 state == 0,立刻执行 compareAndSetState(0, 1),成功就持有锁,不进队、不挂起、不切换上下文;
– 失败才走标准 AQS 流程:入队 → park → 等待唤醒。

公平锁则不同:
– 即使 state == 0,也必须先调用 hasQueuedPredecessors();
– 该方法会读取 AQS 的 head/tail 节点,判断队列是否为空、自己是否排在队首;
– 只有返回 false(即无人排队或自己是队首)时,才允许后续 CAS。

变量访问开销:volatile 读与缓存竞争

hasQueuedPredecessors() 不是零成本操作:
– 它至少触发两次 volatile 读:一次读 state,一次读 head 节点;
– 在多核 CPU 上,频繁读同一 volatile 地址会引发缓存行同步(cache line invalidation),加剧总线争用;
– 即使队列为空,也要完整走完链表探查逻辑,无法像非公平锁那样“快路径直落”。

而非公平锁在抢中场景下,仅需一次 volatile 写(CAS 修改 state),完全避开队列结构访问。

线程状态变化:省掉 park/unpark 就省掉毫秒级延迟

公平锁强制所有新请求线程都经历完整等待流程:
– 新建 Node 实例;
– CAS 更新 tail 指针;
– 设置前驱节点 waitStatus = SIGNAL;
– 调用 LockSupport.park() 进入 WAITING 状态。

这些步骤带来明显开销:
– 用户态到内核态切换(上下文切换耗时通常在微秒至毫秒级);
– 频繁内存分配增加 GC 压力;
– 线程唤醒依赖 head.next 链表遍历,还可能跳过 CANCELLED 节点。

非公平锁在锁刚释放瞬间,常被下一个线程直接抢中,整个过程停留在用户态、无阻塞、无调度介入。

实际表现:不是永远不排队,而是“能抢则抢”

非公平锁并非无视队列秩序:
– 抢失败后,依然乖乖入队、按 FIFO 被唤醒;
– 饥饿只发生在极端场景:临界区极短 + 新线程持续高频抵达;
– 正常业务中,只要临界区超过几十纳秒,队列中的线程基本都能获得执行机会。

而公平锁的“绝对公平”代价是:每个线程无论是否能立即执行,都必须走一遍 park/unpark,把本可并行的锁获取动作,硬生生串行化到队列状态上。

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