Java中的公平锁和非公平锁

1、什么是公平锁和非公平锁

公平锁和非公平锁是指在多线程环境下，如何对锁进行获取的顺序和策略的不同。

公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁，即先到先得的策略。当一个线程释放锁之后，等待时间最长的线程将获得锁。公平锁的优点是保证了每个线程的公平性，不存在饥饿现象，但是由于需要维护一个等待队列，因此会增加系统的开销。

非公平锁是指多个线程获取锁的顺序是不确定的，不一定按照申请锁的顺序来获取锁。当一个线程释放锁之后，锁的获取是由系统的调度算法来决定的。非公平锁的优点是可以减少线程上下文切换的开销，提高系统的吞吐量，但是容易出现饥饿现象，即某些线程可能会一直获取不到锁。

一般来说，公平锁适用于对线程公平性要求比较高的场景，而非公平锁适用于对性能要求比较高的场景。但是在具体应用时，需要根据实际情况来选择合适的锁。

● 公平锁：是指多个线程按照申请的顺序来获取值。在并发环境中，每一个线程在获取锁时会先查看此锁维护的等待队列，如果为空，或者当前线程是等待队列的第一个就占有锁，否者就会加入到等待队列中，以后会按照 FIFO 的规则获取锁

● 非公平锁：是指多个线程获取值的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。在并发环境中一上来就尝试占有锁，如果失败再进行排队，可能会造成优先级翻转或者饥饿现象

    // 常用的ReentrantLock无参构造默认是非公平锁

    /**
     * Creates an instance of {@code ReentrantLock}.
     * This is equivalent to using {@code ReentrantLock(false)}.
     */
    public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }

    /**
     * Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the
     * given fairness policy.
     *
     * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
     */
    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

2、Java中的公平锁和非公平锁

Java中的公平锁和非公平锁主要有以下几种：

ReentrantLock的公平锁和非公平锁：ReentrantLock是Java中常用的锁实现类之一，它提供了公平锁和非公平锁两种模式。在创建ReentrantLock对象时，可以通过构造函数传入一个布尔类型的fair参数来指定锁的模式。如果fair为true，则创建公平锁；如果fair为false，则创建非公平锁。

ReentrantReadWriteLock的公平锁和非公平锁：ReentrantReadWriteLock是一个读写锁，它也提供了公平锁和非公平锁两种模式。在创建ReentrantReadWriteLock对象时，可以通过构造函数传入一个布尔类型的fair参数来指定锁的模式。如果fair为true，则创建公平锁；如果fair为false，则创建非公平锁。

StampedLock的乐观锁和悲观锁：StampedLock是Java 8中新增的一种锁实现类，它提供了乐观锁和悲观锁两种模式。在使用StampedLock时，可以通过调用tryOptimisticRead()方法来获取乐观锁，或者通过调用readLock()方法来获取悲观锁。乐观锁是一种无锁的机制，它不会阻塞线程，但是需要通过validate()方法来检查锁是否仍然有效。

Synchronized的非公平锁：Synchronized是Java中内置的锁机制，它默认采用非公平锁模式。在使用Synchronized时，如果多个线程同时请求锁，则会根据系统的调度算法来决定哪个线程获取锁。

公平锁和非公平锁的性能和效率都会受到多种因素的影响，如锁的争用情况、线程的数量、系统的负载等。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的锁模式。

3、为什么Synchronized是非公平锁

Synchronized是Java中内置的锁机制，它的锁模式是非公平锁，这是因为Synchronized的实现方式是基于对象监视器（monitor）的。

在Java中，每个对象都有一个与之关联的monitor，当一个线程需要获取某个对象的锁时，它会首先尝试获取这个对象关联的monitor。如果monitor已经被其他线程占用，那么这个线程就会进入monitor的等待队列中，等待其他线程释放锁。

在Synchronized中，当一个线程释放锁时，JVM会从等待队列中随机选择一个线程来获取锁，而不是按照申请锁的顺序来获取锁，因此Synchronized是一种非公平锁。这种实现方式的优点是可以减少线程上下文切换的开销，提高系统的吞吐量，但是容易出现饥饿现象，即某些线程可能会一直获取不到锁。

Synchronized也可以通过在代码中使用wait()和notify()方法来实现公平锁，但是这种方式比较复杂，容易出错，而且性能也不如ReentrantLock的公平锁实现方式。因此，在实际应用中，如果需要公平锁，建议使用ReentrantLock。

4、Synchronized代码示例

下面是一个简单的Synchronized使用示例：

4.1、修饰方式

public class SynchronizedExample {
    private int count = 0;
 
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        SynchronizedExample example = new SynchronizedExample();
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                example.increment();
            }
        });
 
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                example.increment();
            }
        });
 
        thread1.start();
        thread2.start();
 
        thread1.join();
        thread2.join();
 
        System.out.println("Count: " + example.count);
    }
}

输入结果如下：

在这个示例中，Synchronized被用于修饰increment()方法，这样在同一时刻只有一个线程可以执行该方法。这个示例中创建了两个线程，分别对count变量进行自增操作。由于Synchronized的作用，这些操作是互斥的，所以最终输出的count值应该是20000。

4.2、修饰代码块

除了修饰方法，Synchronized还可以修饰代码块。下面是一个使用Synchronized修饰代码块的示例：

public class SynchronizedExample {
    private int count = 0;
    private final Object lock = new Object();
 
    public void increment() {
        synchronized (lock) {
            count++;
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        SynchronizedExample example = new SynchronizedExample();
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                example.increment();
            }
        });
 
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                example.increment();
            }
        });
 
        thread1.start();
        thread2.start();
 
        thread1.join();
        thread2.join();
 
        System.out.println("Count: " + example.count);
    }
}