ReentrantLock和synchronized区别、公平锁

1 ReentrantLock和synchronized区别

  (1) synchronized 是Java的一个内置关键字，而ReentrantLock是Java的一个类。
  (2) synchronized只能是非公平锁。而ReentrantLock可以实现公平锁和非公平锁两种。
  (3) synchronized不能中断一个等待锁的线程，而Lock可以中断一个试图获取锁的线程。
  (4) synchronized不能设置超时，而Lock可以设置超时。
  (5) synchronized会自动释放锁，而ReentrantLock不会自动释放锁，必须手动释放，否则可能会导致死锁。

2 公平锁和非公平锁的区别

  公平锁的获取锁的过程：

static final class FairSync extends Sync {
    final void lock() { // 1 注意对比公平锁和非公平锁的这个方法
        acquire(1);
    }
    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        if (c == 0) {
            // 2 和非公平锁相比，这里多了一个判断：是否有线程在等待
            if (!hasQueuedPredecessors() &&
                compareAndSetState(0, acquires)) {
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0)
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
        return false;
    }
}

  非公平锁的获取锁的过程：

static final class NonfairSync extends Sync {
    final void lock() {
      //  1 和公平锁相比，这里会直接先进行一次CAS，如果当前正好没有线程持有锁，
      // 如果成功获取锁就直接返回了，就不用像公平锁那样一定要进行后续判断
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            acquire(1);
    }
    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        return nonfairTryAcquire(acquires);
    }
}

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {
        // 2 这里没有对阻塞队列进行判断
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0) // overflow
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

  从源码上看，可以看到公平锁和非公平锁的两个区别：

(1) 线程在获取锁调用lock()时，非公平锁首先会进行一次CAS尝试抢锁，如果此时没有线程持有锁或者正好此刻有线程执行完释放了锁（state == 0），那么如果CAS成功则直接占用锁返回。
(2) 如果非公平锁在上一步获取锁失败了，那么就会进入nonfairTryAcquire(int acquires)，在该方法里，如果state的值为0，表示当前没有线程占用锁或者刚好有线程释放了锁，那么就会CAS抢锁，如果抢成功了，就直接返回了，不管是不是有其他线程早就到了在阻塞队列中等待锁了。而公平锁在这里抢到锁了，会判断阻塞队列是不是空的，毕竟要公平就要讲先来后到，如果发现阻塞队列不为空，表示队列中早有其他线程在等待了，那么公平锁情况下线程会乖乖排到阻塞队列的末尾。
  如果非公平锁 (1)(2) 都失败了，那么剩下的过程就和非公平锁一样了。
(3) 从(1)(2) 可以看出，非公平锁可能导致线程饥饿，但是非公平锁的效率要高。

本文完

  本文参考：《Java核心技术 卷I》
  源码分析参考：一行一行源码分析清楚AbstractQueuedSynchronizer（二）。