AQS与锁的公平性原理深度探究

# 1. 理解AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的基本原理

在并发编程中，锁是一种关键的同步机制，而AQS（AbstractQueuedSynchronizer）作为Java中锁的基础框架，扮演着至关重要的角色。本章将深入探讨AQS的基本原理，包括其概念、核心数据结构以及实现原理分析。让我们一起深入了解AQS如何实现同步控制、实现锁机制。

## 1.1 AQS的概念与作用

AQS是Java中用于构建锁和同步器的框架，它提供了一种以原子方式管理同步状态的机制，并定义了独占锁（Exclusive Lock）和共享锁（Shared Lock）两种锁的获取与释放方式，为具体的锁提供了基础的功能实现。

## 1.2 AQS的核心数据结构

AQS的核心是一个同步队列，其中维护着等待获取锁的线程列表。通过内置的FIFO队列，有效地管理了等待线程的竞争关系。此外，AQS中还包括一个同步状态变量，用于标识锁的状态（如是否被占用）。

## 1.3 AQS的实现原理分析

AQS通过内部的模板方法（Template Method）模式，将锁的获取、释放等操作委派给具体的锁实现类，如ReentrantLock。AQS提供了可重写的方法以支持不同类型的锁实现，并在具体实现类中通过CAS操作保证了线程的安全性。

通过深入理解AQS的概念、核心数据结构和实现原理，我们能更好地把握锁的机制和使用方法，从而在并发编程中更加高效地管理同步状态。

# 2. 锁的公平性与非公平性

锁的公平性是指在多个线程尝试获取同一把锁时，这些线程按照请求的先后顺序来获取锁资源。而非公平性则是指在某些情况下，后请求锁的线程可能会在先请求锁的线程之前获取到锁资源。在并发编程中，锁的公平性与非公平性都有各自的优缺点，我们需要根据实际情况选择合适的锁策略。

### 2.1 公平锁与非公平锁的概念及区别

- **公平锁**：公平锁会按照线程的请求顺序来获取锁，先来后到。当锁释放后，等待时间最长的线程会被优先唤醒获取锁。
- **非公平锁**：非公平锁并不考虑线程请求锁的顺序，它会在尝试获取锁时直接竞争，如果获取不到才会进入等待队列。

### 2.2 公平性对应用程序的影响

公平锁能够保证每个线程都有公平竞争锁资源的机会，避免饥饿现象的发生，但由于每次都要考虑等待时间最长的线程，可能会导致系统吞吐量下降。而非公平锁在某些情况下能够获得更好的性能，但也存在可能会不公平对待部分线程请求的情况。

### 2.3 非公平锁的优缺点分析

- **优点**：非公平锁减少了唤醒线程的开销，有助于提高系统整体性能。
- **缺点**：可能会导致某些线程长时间无法获取到锁，产生线程饥饿的情况。

在实际开发中，我们需要根据具体场景和需求选择适合的锁策略，平衡公平性与性能的关系，以提升系统的并发处理能力。

# 3. AQS中的锁实现

在本章中，我们将深入探讨AQS中锁的实现，包括ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock的公平性与非公平性，以及自定义AQS实现中的公平性策略。

#### 3.1 ReentrantLock的公平性与非公平性

ReentrantLock是AQS的一个重要实现，其构造函数可以指定锁的公平性。公平锁将会按照线程请求锁的顺序依次获得锁，而非公平锁则允许插队，可能会导致某些线程长时间无法获得锁。以下是ReentrantLock公平性示例代码：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class FairnessExample {
    private static final ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true); // 公平锁
    private static final ReentrantLock unfairLock = new ReentrantLock(); // 非公平锁

    public static void main(String[] args) {
        Runnable fairTask = () -> {
            fairLock.lock();
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了公平锁");
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                fairLock.unlock();
            }
        };

        Runnable unfairTask = () -> {