Java 源码解析中 ReentrantLock 的公平锁与非公平锁底层怎么实现

浅芳吖_7495

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2026-08-01

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reentrantlock的公平锁与非公平锁核心差异在于aqs队列抢占逻辑:公平锁严格fifo,非公平锁允许插队;二者共享aqs机制,仅tryacquire实现不同,构造时选定且不可更改。

java 源码解析中 reentrantlock 的公平锁与非公平锁底层怎么实现

ReentrantLock 的公平锁与非公平锁,核心差异不在锁本身,而在于 AQS(AbstractQueuedSynchronizer)队列的抢占逻辑 —— 公平锁严格遵循 FIFO 入队顺序,非公平锁允许新线程“插队”尝试直接获取锁。

公平锁:每次 acquire 都先检查队列是否为空或自己是否是队首

公平锁的 tryAcquire 方法(由 FairSync 实现)会做两件事:

  • 先判断 AQS 同步队列是否为空(!hasQueuedPredecessors()),即当前没有其他线程在排队;
  • 再检查自己是不是队列中第一个等待者(即前驱节点是否为 head);
  • 只有满足“队列空”或“自己排在最前面”,才尝试 CAS 设置 state;否则直接入队等待。

这个 hasQueuedPredecessors() 是关键:它通过读取队列 head 和 tail 引用,判断是否存在比当前线程更早排队的节点。即使只是 volatile 读,也足以保证可见性与顺序语义。

非公平锁:抢锁不看队列,失败后再入队

非公平锁(NonfairSync)的 lock() 方法第一步就是直接 CAS 尝试获取锁(compareAndSetState(0, 1)),完全绕过队列状态检查。

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  • 成功 → 直接获得锁,设置 owner 为当前线程,不进队;
  • 失败 → 才调用 acquire(1) 走 AQS 标准流程:先 tryAcquire(此时也会检查 state 和 owner,但不检查队列顺序),失败则入队、挂起。

也就是说,非公平锁在“刚释放锁的瞬间”,新来的线程大概率能抢到(避免上下文切换开销),而排队中的线程可能被连续“插队”,造成饥饿——但实际场景中吞吐量更高。

底层共用同一套 AQS 队列机制,区别只在 tryAcquire 的实现

公平锁和非公平锁都继承自 Sync(AQS 子类),共享同一套 CLH 队列、Node 结构、park/unpark 等机制。

  • 锁的可重入性由 state 计数 + Thread.currentThread() 判断 owner 实现,两者完全一致;
  • 条件队列(ConditionObject)、中断响应、超时等待等高级功能,也不受公平性影响;
  • 唯一不同的是 tryAcquire(int acquires) 这个钩子方法:公平版加了队列前置检查,非公平版没有。

构造时决定,运行时不可切换

ReentrantLock(boolean fair) 构造时就选择使用 FairSync 或 NonfairSync 实例,后续所有操作都绑定该实现。

  • 默认构造函数传 false → 非公平锁(性能优先);
  • 显式传 true → 公平锁(确定性优先);
  • 一旦创建,无法动态修改公平策略 —— 因为 sync 对象是 final 字段,且 AQS 内部状态逻辑已固化。

不复杂但容易忽略:所谓“公平”,只是对等待队列中线程的调度公平,并不保证 CPU 时间片、线程优先级或系统调度层面的绝对公平。

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