Java并发编程学习：公平锁与非公平锁的深入理解及比较

Java并发编程锁中独占公平锁与非公平锁的比较

对公平锁和非公平锁的理解：

在上一篇文章中，我们了解了非公平锁。其实Java中还是有公平锁的。怎么理解公平这个词呢？和我们实际的理解是一样的。大家按照先到先得的原则排队。在队列中，无论地位高低，每个人都受到平等对待。这就是我们现实生活中的公平。每个人都喜欢公平。但Java中的默认是不公平的，为什么呢？

本文主要内容：公平锁的现实理解；公平锁演示； Java中为什么默认是非公平锁（公平锁与非公平锁的比较）

本文是《Kage Java（Kage Java）并发编程学习》系列《锁系列》教程的第四篇：《Java并发包锁学习第五篇：了解公平锁以及与非公平锁的比较》。

现实生活中的例子：

去ATM机取款的例子也是如此。假设有 3 个人使用 ATM 取款。路人A不会使用ATM机。他自己花了5分钟才搞清楚，然后他终于学会了如何使用，但他忘记了密码。给家人打电话咨询需要1分钟。当路人A完成操作后，接下来的两个人排队继续按顺序操作。这样，谁先来，谁就先操作。手术完成后，下一个人就可以手术，无论他是富有还是贫穷。不管你是高还是低，不管你拿100还是1W，拿1W的人都要在拿100的人后面排队。这看起来很公平。无论地位高低，大家都按顺序运作。这种操作方式脱颖而出，从多线程并发的角度来看，是一种公平锁操作。

通行者A总共用了6分钟后，通行者B和通行者D又用了3分钟进行操作。即三个人总共花费的时间为9分钟。为什么会出现这种情况？因为路人都被挡住了。一直占用锁资源。当路人A在操作时，其他人只能排队等候。如果路人A不会操作ATM，后面的路人C就会插队询问路人A。他可以先插队操作ATM，同时教路人A。如果A同意，那么C就可以完成操作，A可以向别人学习操作。有可能路人A也能在2分钟内完成操作。此时，三个人总共花费的时间是5分钟；如果A不同意C的插队操作，那么C只能回到原来的位置排队等待。如果从多线程并发的角度考虑这种运行模式，路人A在模式下以及与家人交谈所花费的时间似乎就是CPU切换上下文所花费的时间。路人C插队获取ATM资源。这种操作可以看作是不公平的，因为C的进入时间晚于路人B，但C却先操作。但从最后三个人总共花费的时间来看，路人C插队了，这无疑提高了效率。这种操作在Java并发中称为非公平锁。

需要注意的是，显式锁和隐式锁默认都是不公平的。因为不公平可以提高系统的吞吐量。

非公平锁的定义：

线程首先尝试获取同步状态操作（C首先尝试跳入队列）。如果获得，则对共享变量进行操作（A同意C的队列中断，C操作ATM机）。如果无法获取，则继续排队。

使用方法二：独家公示

要求：控制台打印的结果与线程顺序一致。代码如下：

此时的代码和之前的代码唯一的区别就是如上图所示：实例化锁的时候有一个参数，设置为true。

运行结果：

从运行结果来看，我们发现控制台打印的获取锁的顺序和调用锁的顺序是一样的，达到了我们预期的结果。然而，一次仍然只有一个线程操作。当该线程操作完成释放锁后，其他线程就可以获取锁了。

公平锁和非公平锁的比较

问题：

为什么并发大师 Doug Lea 将 ReentrantLock 作为默认设计不公平？

其实要回答这个问题，我们需要比较一下公平锁和非公平锁的区别。我们首先看一下公平锁和非公平锁场景下ATM机的运行情况，如下图：