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重入锁 ReentrantLock 以及公平性问题

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重入锁 ReentrantLock 与公平锁和非公平锁。

概念

重入锁 ReentrantLock，是指支持重进入的锁，表示锁可以支持一个线程对资源的重复加锁，即「任意线程在获取到这个锁之后，如果再次获取该锁，不会被锁阻塞」。重入锁还支持锁时的公平和非公平性（默认）的选择。

实现

实现重入的机制，需要解决以下两个问题：

  • 线程需要再次获取锁：锁一定要能够识别获取锁的线程是否是当前占据锁的线程，如果符合，就能够获取成功
  • 锁需要得到最终的释放：线程重复了 n 次获取了锁之后，就需要在第 n 次释放锁后，其它的线程才能获取到该锁。主要是通过计数器来实现。锁每获取一次，计数器就要自增 1；每释放一次，计数器就要自减 1，一直减到 0 为止，表示当前线程已经成功释放了该锁，其它线程可以来获取该锁。

重入性和公平性

ReentrantLock 不支持隐式的重入锁，但是可以在调用lock()方法时，已经获取到锁的线程，能够再次调用lock()方法获取锁且不被阻塞。ReentrantLock 的公平与否，是通过构造方法来决定的，内部类Sync继承了AQS，分为公平锁FairSync和非公平锁NonfairSync。

公平锁和非公平锁

先对锁进行获取的请求肯定是优先执行的，锁获取的顺序也符合请求的绝对时间顺序，类似于 FIFO，那么就是公平锁。反之，就是非公平锁。

以下是公平锁与非公平锁的测试输出结果：

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// 公平锁的结果
FAIR lock by [9], waiting by []
FAIR lock by [10], waiting by [11, 12, 9]
FAIR lock by [11], waiting by [12, 9, 13, 10]
FAIR lock by [12], waiting by [9, 13, 10, 11]
FAIR lock by [9], waiting by [13, 10, 11, 12]
FAIR lock by [13], waiting by [10, 11, 12]
FAIR lock by [10], waiting by [11, 12, 13]
FAIR lock by [11], waiting by [12, 13]
FAIR lock by [12], waiting by [13]
FAIR lock by [13], waiting by []

// 非公平锁的结果
UNFAIR lock by [10], waiting by [9, 11]
UNFAIR lock by [10], waiting by [9, 11, 12, 13]
UNFAIR lock by [9], waiting by [11, 12, 13]
UNFAIR lock by [9], waiting by [11, 12, 13]
UNFAIR lock by [11], waiting by [12, 13]
UNFAIR lock by [11], waiting by [12, 13]
UNFAIR lock by [12], waiting by [13]
UNFAIR lock by [12], waiting by [13]
UNFAIR lock by [13], waiting by []
UNFAIR lock by [13], waiting by []

从结果中我们可以看出，公平锁每次都是从同步队列中的第一个节点获取锁，而非公平锁则是会连续两次获取锁。

从开销上来看，公平锁的开销会更大一些，因为它每次都要切换到另一个线程，而对于非公平锁，会出现连续获取锁的对象，切换次数要少一些，所以非公平锁的开销会更小一些。所以，公平锁保证了锁的获取按照顺序进行，保证了公平性，解决了饥饿问题，但是增加了大量的线程切换。