ReentrantLock怎么指定為公平鎖

# ReentrantLock怎么指定為公平鎖

## 一、ReentrantLock簡介

`ReentrantLock`是Java并發包(`java.util.concurrent.locks`)中提供的可重入互斥鎖，它比`synchronized`關鍵字提供了更靈活的鎖控制機制。主要特性包括：
- 可重入性：同一個線程可以多次獲取同一把鎖
- 可中斷的鎖獲取
- 超時獲取鎖
- 公平性選擇（本文重點）

## 二、公平鎖與非公平鎖的區別

### 1. 非公平鎖（默認）
```java
// 默認構造方法創建的是非公平鎖
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); 

• 特點：線程獲取鎖的順序與請求順序無關，可能存在”插隊”現象
• 優點：吞吐量高，減少線程切換開銷
• 缺點：可能導致線程饑餓

2. 公平鎖

// 通過構造參數指定為公平鎖
ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true);

• 特點：嚴格按照FIFO（先進先出）順序分配鎖
• 優點：避免線程饑餓
• 缺點：性能略低于非公平鎖

三、如何指定公平鎖

1. 構造方法指定

// 傳入true參數創建公平鎖
ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true);

2. 源碼分析

查看ReentrantLock構造方法：

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

3. 公平鎖實現原理

公平鎖通過FairSync內部類實現，其核心邏輯在tryAcquire()方法中：

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {
        // 關鍵區別：先檢查是否有排隊線程
        if (!hasQueuedPredecessors() &&
            compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    // ...重入邏輯
}

四、公平鎖使用示例

1. 基礎用法

public class FairLockExample {
    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() + "獲取鎖");
                    Thread.sleep(100);
                } finally {
                    fairLock.unlock();
                }
            }, "Thread-" + i).start();
        }
    }
}

2. 結合Condition使用

public class FairLockWithCondition {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
    private final Condition condition = lock.newCondition();
    
    public void await() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            condition.await();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    public void signal() {
        lock.lock();
        try {
            condition.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

五、性能考量

1. 基準測試對比

2. 使用場景建議

• 使用公平鎖：

  • 需要嚴格保證執行順序
  • 避免低優先級線程饑餓
  • 鎖持有時間較長的情況

• 使用非公平鎖：

  • 高并發場景追求吞吐量
  • 鎖持有時間非常短
  • 線程優先級差異不重要時

六、常見問題

1. 公平鎖是否絕對公平？

不是完全公平的，因為： - 操作系統線程調度本身存在不確定性 - 等待隊列中的線程被喚醒后仍需競爭CPU資源

2. 如何查看當前鎖的公平性？

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
System.out.println("是否是公平鎖：" + lock.isFair());

3. 鎖的公平性可以動態修改嗎？

不可以，必須在構造時確定，沒有提供setter方法修改。

七、總結

1. 通過new ReentrantLock(true)可創建公平鎖
2. 公平鎖保證FIFO順序，但會降低吞吐量
3. 默認情況下建議使用非公平鎖，除非有明確順序需求
4. 公平性一旦指定不可更改

合理選擇鎖的公平策略，可以在保證業務需求的同時獲得最佳性能表現。 “`