Java多线程系列--“JUC锁”05之 非公平锁

概要

前面两章分析了"公平锁的获取和释放机制"，这一章开始对“非公平锁”的获取锁/释放锁的过程进行分析。内容包括：
参考代码
获取非公平锁(基于JDK1.7.0_40)
释放非公平锁(基于JDK1.7.0_40)
关于锁的数据结构请参考"Java多线程系列--“JUC锁”03之 公平锁(一) "，锁的使用示例请参考“Java多线程系列--“JUC锁”02之 互斥锁ReentrantLock”。

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参考代码

下面给出Java1.7.0_40版本中，ReentrantLock和AQS的源码，仅供参考！

ReentranLock.java

AQS(AbstractQueuedSynchronizer.java)

获取非公平锁(基于JDK1.7.0_40)

非公平锁和公平锁在获取锁的方法上，流程是一样的；它们的区别主要表现在“尝试获 取锁的机制不同”。简单点说，“公平锁”在每次尝试获取锁时，都是采用公平策略(根据等待队列依次排序等待)；而“非公平锁”在每次尝试获取锁时，都是采 用的非公平策略(无视等待队列，直接尝试获取锁，如果锁是空闲的，即可获取状态，则获取锁)。
在前面的“Java多线程系列--“JUC锁”03之 公平锁(一)”中，已经详细介绍了获取公平锁的流程和机制；下面，通过代码分析以下获取非公平锁的流程。

1. lock()

lock()在ReentrantLock.java的NonfairSync类中实现，它的源码如下：

final void lock() {
    if (compareAndSetState(0, 1))
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    else
        acquire(1);
}

说明：
lock()会先通过compareAndSet(0, 1)来判断“锁”是不是空闲状态。是的话，“当前线程”直接获取“锁”；否则的话，调用acquire(1)获取锁。
(01) compareAndSetState()是CAS函数，它的作用是比较并设置当前锁的状态。若锁的状态值为0，则设置锁的状态值为1。
(02) setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread())的作用是，设置“当前线程”为“锁”的持有者。

“公平锁”和“非公平锁”关于lock()的对比

公平锁   -- 公平锁的lock()函数，会直接调用acquire(1)。
非公平锁 -- 非公平锁会先判断当前锁的状态是不是空闲，是的话，就不排队，而是直接获取锁。

2. acquire()

acquire()在AQS中实现的，它的源码如下：

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

(01) “当前线程”首先通过tryAcquire()尝试获取锁。获取成功的话，直接返回；尝试失败的话，进入到等待队列依次排序，然后获取锁。
(02) “当前线程”尝试失败的情况下，会先通过addWaiter(Node.EXCLUSIVE)来将“当前线程”加入到"CLH队列(非阻塞的FIFO队列)"末尾。
(03) 然后，调用acquireQueued()获取锁。在acquireQueued()中，当前线程会等待它在“CLH队列”中前面的所有线程执行并释放锁 之后，才能获取锁并返回。如果“当前线程”在休眠等待过程中被中断过，则调用selfInterrupt()来自己产生一个中断。

“公平锁”和“非公平锁”关于acquire()的对比

公平锁和非公平锁，只有tryAcquire()函数的实现不同；即它们尝试获取锁的机制不同。这就是我们所说的“它们获取锁策略的不同所在之处”！
在“Java多线程系列--“JUC锁”03之 公平锁(一)”中，已经详细介绍了acquire()涉及到的各个函数。这里仅对它们有差异的函数tryAcquire()进行说明。

非公平锁的tryAcquire()在ReentrantLock.java的NonfairSync类中实现，源码如下：

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    return nonfairTryAcquire(acquires);
}

nonfairTryAcquire()在ReentrantLock.java的Sync类中实现，源码如下：

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    // 获取“当前线程”
    final Thread current = Thread.currentThread();
    // 获取“锁”的状态
    int c = getState();
    // c=0意味着“锁没有被任何线程锁拥有”
    if (c == 0) {
        // 若“锁没有被任何线程锁拥有”，则通过CAS函数设置“锁”的状态为acquires。
        // 同时，设置“当前线程”为锁的持有者。
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        // 如果“锁”的持有者已经是“当前线程”，
        // 则将更新锁的状态。
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0) // overflow
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

说明：
根据代码，我们可以分析出，tryAcquire()的作用就是尝试去获取锁。
(01) 如果“锁”没有被任何线程拥有，则通过CAS函数设置“锁”的状态为acquires，同时，设置“当前线程”为锁的持有者，然后返回true。
(02) 如果“锁”的持有者已经是当前线程，则将更新锁的状态即可。
(03) 如果不术语上面的两种情况，则认为尝试失败。

“公平锁”和“非公平锁”关于tryAcquire()的对比

公平锁和非公平锁，它们尝试获取锁的方式不同。
公平锁在尝试获取锁时，即使“锁”没有被任何线程锁持有，它也会判断自己是不是CLH等待队列的表头；是的话，才获取锁。
而非公平锁在尝试获取锁时，如果“锁”没有被任何线程持有，则不管它在CLH队列的何处，它都直接获取锁。

释放非公平锁(基于JDK1.7.0_40)

非公平锁和公平锁在释放锁的方法和策略上是一样的。
而在前面的“Java多线程系列--“JUC锁”04之 公平锁(二) ”中，已经对“释放公平锁”进行了介绍；这里就不再重复的进行说明。

总结
公平锁和非公平锁的区别，是在获取锁的机制上的区别。表现在，在尝试获取锁时 —— 公平锁，只有在当前线程是CLH等待队列的表头时，才获取锁；而非公平锁，只要当前锁处于空闲状态，则直接获取锁，而不管CLH等待队列中的顺序。
只有当非公平锁尝试获取锁失败的时候，它才会像公平锁一样，进入CLH等待队列排序等待。