1、什么是公平鎖與非公平鎖

公平鎖：公平鎖就是保障了多線程下各線程獲取鎖的順序，先到的線程優(yōu)先獲取鎖。
非公平鎖：非公平鎖則無(wú)法提供這個(gè)保障（先到的線程優(yōu)先獲取鎖）。

2、ReentrantLock如何實(shí)現(xiàn)公平與非公平

Java并發(fā)包下面的ReentrantLock、ReadWriteLock默認(rèn)都是非公平模式。

下面我們就來(lái)一起看看ReentrantLock是如何實(shí)現(xiàn)公平與非公平的。

ReentrantLock實(shí)現(xiàn)了Lock接口。提供了下面2個(gè)構(gòu)造方法

public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
}
public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

默認(rèn)構(gòu)造的是非公平鎖NonfairSync。
NonfairSync和FairSync都是ReentrantLock的內(nèi)部類，且繼承ReentrantLock的內(nèi)部抽象類Sync。

// 公平鎖
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        if (c == 0) {
            // 主要區(qū)別：有hasQueuedPredecessors方法
            if (!hasQueuedPredecessors() &&
                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;
    }
}

// 非公平鎖
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {
      // 主要區(qū)別：沒(méi)有hasQueuedPredecessors方法
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0) // overflow
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

二者的主要去別在于是否有hasQueuedPredecessors方法，我們看下hasQueuedPredecessors的源碼。該方法返回“隊(duì)列中是否存在一個(gè)線程（先于當(dāng)前線程）”，如果存在話，當(dāng)前線程就要加入到隊(duì)列的尾部。

* @return {@code true} if there is a queued thread preceding the
 *         current thread, and {@code false} if the current thread
 *         is at the head of the queue or the queue is empty
 * @since 1.7
 */
public final boolean hasQueuedPredecessors() {
    // The correctness of this depends on head being initialized
    // before tail and on head.next being accurate if the current
    // thread is first in queue.
    Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order
    Node h = head;
    Node s;
    return h != t &&
        ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}

網(wǎng)上有這一張很棒的圖：

公平鎖與非公平鎖

結(jié)合這張圖，二者的區(qū)別更明顯。
公平鎖就是在獲取鎖之前會(huì)先判斷等待隊(duì)列是否為空或者自己是否位于隊(duì)列頭部，該條件通過(guò)才能繼續(xù)獲取鎖。

在結(jié)合兔子喝水的圖分析，非公平鎖獲取所得順序基本決定在9、10、11這三個(gè)事件發(fā)生的先后順序，

• 1、若在釋放鎖的時(shí)候總是沒(méi)有新的兔子來(lái)打擾，則非公平鎖等于公平鎖；
• 2、若釋放鎖的時(shí)候，正好一個(gè)兔子來(lái)喝水，而此時(shí)位于隊(duì)列頭的兔子還沒(méi)有被喚醒（因?yàn)榫€程上下文切換是需要不少開(kāi)銷的），此時(shí)后來(lái)的兔子則優(yōu)先獲得鎖，成功打破公平，成為非公平鎖；

其實(shí)對(duì)于非公平鎖，只要線程進(jìn)入了等待隊(duì)列，隊(duì)列里面依然是FIFO的原則，跟公平鎖的順序是一樣的。因?yàn)楣芥i與非公平鎖的release()部分代碼是共用AQS的代碼。

public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}

/**
 * Wakes up node's successor, if one exists.
 */
private void unparkSuccessor(Node node) {
    /*
     * If status is negative (i.e., possibly needing signal) try
     * to clear in anticipation of signalling.  It is OK if this
     * fails or if status is changed by waiting thread.
     */
    int ws = node.waitStatus;
    if (ws < 0)
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

    /*
     * Thread to unpark is held in successor, which is normally
     * just the next node.  But if cancelled or apparently null,
     * traverse backwards from tail to find the actual
     * non-cancelled successor.
     */
    Node s = node.next;
    if (s == null || s.waitStatus > 0) {
        s = null;
        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
            if (t.waitStatus <= 0)
                s = t;
    }
    if (s != null)
        LockSupport.unpark(s.thread);
}

3、公平鎖與非公平鎖性能對(duì)比

非公平鎖的效率高于公平鎖：上文說(shuō)到的線程切換的開(kāi)銷，其實(shí)就是非公平鎖效率高于公平鎖的原因，因?yàn)榉枪芥i減少了線程掛起的幾率，后來(lái)的線程有一定幾率逃離被掛起的開(kāi)銷。

本文參考：一張圖讀懂非公平鎖與公平鎖