第Java中讀寫(xiě)鎖ReadWriteLock的原理與應(yīng)用詳解目錄什么是讀寫(xiě)鎖？為什么需要讀寫(xiě)鎖？讀寫(xiě)鎖的特點(diǎn)讀寫(xiě)鎖的使用場(chǎng)景讀寫(xiě)鎖的主要成員和結(jié)構(gòu)圖讀寫(xiě)鎖的實(shí)現(xiàn)原理讀寫(xiě)鎖總結(jié)Java并發(fā)編程提供了讀寫(xiě)鎖，主要用于讀多寫(xiě)少的場(chǎng)景，今天我就重點(diǎn)來(lái)講解讀寫(xiě)鎖的底層實(shí)現(xiàn)原理

什么是讀寫(xiě)鎖？

讀寫(xiě)鎖并不是JAVA所特有的讀寫(xiě)鎖（Readers-WriterLock）顧名思義是一把鎖分為兩部分：讀鎖和寫(xiě)鎖，其中讀鎖允許多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)獲得，因?yàn)樽x操作本身是線(xiàn)程安全的，而寫(xiě)鎖則是互斥鎖，不允許多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)獲得寫(xiě)鎖，并且寫(xiě)操作和讀操作也是互斥的。

所謂的讀寫(xiě)鎖（Readers-WriterLock），顧名思義就是將一個(gè)鎖拆分為讀鎖和寫(xiě)鎖兩個(gè)鎖。

其中讀鎖允許多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)獲得，而寫(xiě)鎖則是互斥鎖，不允許多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)獲得寫(xiě)鎖，并且寫(xiě)操作和讀操作也是互斥的。

為什么需要讀寫(xiě)鎖？

Synchronized和ReentrantLock都是獨(dú)占鎖，即在同一時(shí)刻只有一個(gè)線(xiàn)程獲取到鎖。

然而在有些業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，我們大多在讀取數(shù)據(jù)，很少寫(xiě)入數(shù)據(jù)，這種情況下，如果仍使用獨(dú)占鎖，效率將及其低下。

針對(duì)這種情況，Java提供了讀寫(xiě)鎖ReentrantReadWriteLock。

主要解決：對(duì)共享資源有讀和寫(xiě)的操作，且寫(xiě)操作沒(méi)有讀操作那么頻繁的場(chǎng)景。

讀寫(xiě)鎖的特點(diǎn)

公平性：讀寫(xiě)鎖支持非公平和公平的鎖獲取方式，非公平鎖的吞吐量?jī)?yōu)于公平鎖的吞吐量，默認(rèn)構(gòu)造的是非公平鎖可重入：在線(xiàn)程獲取讀鎖之后能夠再次獲取讀鎖，但是不能獲取寫(xiě)鎖，而線(xiàn)程在獲取寫(xiě)鎖之后能夠再次獲取寫(xiě)鎖，同時(shí)也能獲取讀鎖鎖降級(jí)：線(xiàn)程獲取寫(xiě)鎖之后獲取讀鎖，再釋放寫(xiě)鎖，這樣實(shí)現(xiàn)了寫(xiě)鎖變?yōu)樽x鎖，也叫鎖降級(jí)

讀寫(xiě)鎖的使用場(chǎng)景

ReentrantReadWriteLock適合讀多寫(xiě)少的場(chǎng)景：

讀鎖ReentrantReadWriteLock.ReadLock可以被多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)持有,所以并發(fā)能力很高。

寫(xiě)鎖ReentrantReadWriteLock.WriteLock是獨(dú)占鎖,在一個(gè)線(xiàn)程持有寫(xiě)鎖時(shí)候,其他線(xiàn)程都不能在搶占,包含搶占讀鎖都會(huì)阻塞。

ReentrantReadWriteLock的使用場(chǎng)景總結(jié)：其實(shí)就是讀讀并發(fā)、讀寫(xiě)互斥、寫(xiě)寫(xiě)互斥而已，如果一個(gè)對(duì)象并發(fā)讀的場(chǎng)景大于并發(fā)寫(xiě)的場(chǎng)景，那就可以使用ReentrantReadWriteLock來(lái)達(dá)到保證線(xiàn)程安全的前提下提高并發(fā)效率。

讀寫(xiě)鎖的主要成員和結(jié)構(gòu)圖

1.ReentrantReadWriteLock的繼承關(guān)系

publicinterfaceReadWriteLock{

*Returnsthelockusedforreading.

*@returnthelockusedforreading.

LockreadLock();

*Returnsthelockusedforwriting.

*@returnthelockusedforwriting.

LockwriteLock();

}

讀寫(xiě)鎖ReadWriteLock

讀寫(xiě)鎖維護(hù)了一對(duì)相關(guān)的鎖，一個(gè)用于只讀操作，一個(gè)用于寫(xiě)入操作。

只要沒(méi)有寫(xiě)入，讀取鎖可以由多個(gè)讀線(xiàn)程同時(shí)保持,寫(xiě)入鎖是獨(dú)占的。

2.ReentrantReadWriteLock的核心變量

ReentrantReadWriteLock類(lèi)包含三個(gè)核心變量：

ReaderLock：讀鎖,實(shí)現(xiàn)了Lock接口WriterLock：寫(xiě)鎖,也實(shí)現(xiàn)了Lock接口Sync：繼承自AbstractQueuedSynchronize(AQS),可以為公平鎖FairSync或非公平鎖NonfairSync

3.ReentrantReadWriteLock的成員變量和構(gòu)造函數(shù)

/**內(nèi)部提供的讀鎖*/

privatefinalReentrantReadWriteLock.ReadLockreaderLock;

/**內(nèi)部提供的寫(xiě)鎖*/

privatefinalReentrantReadWriteLock.WriteLockwriterLock;

/**AQS來(lái)實(shí)現(xiàn)的同步器*/

finalSyncsync;

*Createsanew{@codeReentrantReadWriteLock}with

*默認(rèn)創(chuàng)建非公平的讀寫(xiě)鎖

publicReentrantReadWriteLock(){

this(false);

*Createsanew{@codeReentrantReadWriteLock}with

*thegivenfairnesspolicy.

*@paramfair{@codetrue}ifthislockshoulduseafairorderingpolicy

publicReentrantReadWriteLock(booleanfair){

sync=fairnewFairSync():newNonfairSync();

readerLock=newReadLock(this);

writerLock=newWriteLock(this);

}

讀寫(xiě)鎖的實(shí)現(xiàn)原理

ReentrantReadWriteLock實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵點(diǎn)，主要包括：

讀寫(xiě)狀態(tài)的設(shè)計(jì)寫(xiě)鎖的獲取與釋放讀鎖的獲取與釋放鎖降級(jí)

1.讀寫(xiě)狀態(tài)的設(shè)計(jì)

之前談ReentrantLock的時(shí)候,Sync類(lèi)是繼承于AQS，主要以intstate為線(xiàn)程鎖狀態(tài),0表示沒(méi)有被線(xiàn)程占用，1表示已經(jīng)有線(xiàn)程占用。

同樣ReentrantReadWriteLock也是繼承于AQS來(lái)實(shí)現(xiàn)同步，那intstate怎樣同時(shí)來(lái)區(qū)分讀鎖和寫(xiě)鎖的？

如果在一個(gè)整型變量上維護(hù)多種狀態(tài)，就一定需要按位切割使用這個(gè)變量，ReentrantReadWriteLock將int類(lèi)型的state將變量切割成兩部分：

高16位記錄讀鎖狀態(tài)低16位記錄寫(xiě)鎖狀態(tài)

abstractstaticclassSyncextendsAbstractQueuedSynchronizer{

//版本序列號(hào)

privatestaticfinallongserialVersionUID=6317671515068378041L;

//高16位為讀鎖，低16位為寫(xiě)鎖

staticfinalintSHARED_SHIFT=16;

//讀鎖單位

staticfinalintSHARED_UNIT=(1SHARED_SHIFT);

//讀鎖最大數(shù)量

staticfinalintMAX_COUNT=(1SHARED_SHIFT)-1;

//寫(xiě)鎖最大數(shù)量

staticfinalintEXCLUSIVE_MASK=(1SHARED_SHIFT)-1;

//本地線(xiàn)程計(jì)數(shù)器

privatetransientThreadLocalHoldCounterreadHolds;

//緩存的計(jì)數(shù)器

privatetransientHoldCountercachedHoldCounter;

//第一個(gè)讀線(xiàn)程

privatetransientThreadfirstReader=null;

//第一個(gè)讀線(xiàn)程的計(jì)數(shù)

privatetransientintfirstReaderHoldCount;

}

2.寫(xiě)鎖的獲取與釋放

protectedfinalbooleantryAcquire(intacquires){

*Walkthrough:

*1.Ifreadcountnonzeroorwritecountnonzero

*andownerisadifferentthread,fail.

*2.Ifcountwouldsaturate,fail.(Thiscanonly

*happenifcountisalreadynonzero.)

*3.Otherwise,thisthreadiseligibleforlockif

*itiseitherareentrantacquireor

*queuepolicyallowsit.Ifso,updatestate

*andsetowner.

Threadcurrent=Thread.currentThread();

intc=getState();

//獲取獨(dú)占鎖(寫(xiě)鎖)的被獲取的數(shù)量

intw=exclusiveCount(c);

if(c!=0){

//(Note:ifc!=0andw==0thensharedcount!=0)

//1.如果同步狀態(tài)不為0，且寫(xiě)狀態(tài)為0,則表示當(dāng)前同步狀態(tài)被讀鎖獲取

//2.或者當(dāng)前擁有寫(xiě)鎖的線(xiàn)程不是當(dāng)前線(xiàn)程

if(w==0||current!=getExclusiveOwnerThread())

returnfalse;

if(w+exclusiveCount(acquires)MAX_COUNT)

thrownewError("Maximumlockcountexceeded");

//Reentrantacquire

setState(c+acquires);

returntrue;

if(writerShouldBlock()||

!compareAndSetState(c,c+acquires))

returnfalse;

setExclusiveOwnerThread(current);

returntrue;

}

1)c是獲取當(dāng)前鎖狀態(tài),w是獲取寫(xiě)鎖的狀態(tài)。

2)如果鎖狀態(tài)不為零，而寫(xiě)鎖的狀態(tài)為0，則表示讀鎖狀態(tài)不為0，所以當(dāng)前線(xiàn)程不能獲取寫(xiě)鎖?；蛘哝i狀態(tài)不為零，而寫(xiě)鎖的狀態(tài)也不為0，但是獲取寫(xiě)鎖的線(xiàn)程不是當(dāng)前線(xiàn)程，則當(dāng)前線(xiàn)程不能獲取寫(xiě)鎖。

3)寫(xiě)鎖是一個(gè)可重入的排它鎖，在獲取同步狀態(tài)時(shí)，增加了一個(gè)讀鎖是否存在的判斷。

寫(xiě)鎖的釋放與ReentrantLock的釋放過(guò)程類(lèi)似，每次釋放將寫(xiě)狀態(tài)減1，直到寫(xiě)狀態(tài)為0時(shí)，才表示該寫(xiě)鎖被釋放了。

3.讀鎖的獲取與釋放

protectedfinalinttryAcquireShared(intunused){

for(;;){

intc=getState();

intnextc=c+(116);

if(nextcc){

thrownewError("Maxumumlockcountexceeded");

if(exclusiveCount(c)!=0owner!=Thread.currentThread())

return-1;

if(compareAndSetState(c,nextc))

return1;

}

1)讀鎖是一個(gè)支持重進(jìn)入的共享鎖，可以被多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)獲取。

2)在沒(méi)有寫(xiě)狀態(tài)為0時(shí)，讀鎖總會(huì)被成功獲取，而所做的也只是增加讀狀態(tài)（線(xiàn)程安全）

3)讀狀態(tài)是所有線(xiàn)程獲取讀鎖次數(shù)的總和，而每個(gè)線(xiàn)程各自獲取讀鎖的次數(shù)只能選擇保存在ThreadLocal中，由線(xiàn)程自身維護(hù)。

讀鎖的每次釋放均減小狀態(tài)（線(xiàn)程安全的，可能有多個(gè)讀線(xiàn)程同時(shí)釋放鎖），減小的值是116。

4.鎖降級(jí)

降級(jí)是指當(dāng)前把持住寫(xiě)鎖，再獲取到讀鎖，隨后釋放(先前擁有的)寫(xiě)鎖的過(guò)程。

鎖降級(jí)過(guò)程中的讀鎖的獲取是否有必要，答案是必要的。主要是為了保證數(shù)據(jù)的可見(jiàn)性，如果當(dāng)前線(xiàn)程不獲取讀鎖而直接釋放寫(xiě)鎖，假設(shè)此刻另一個(gè)線(xiàn)程獲取的寫(xiě)鎖，并修改了數(shù)據(jù)，那么當(dāng)前線(xiàn)程就步伐感知到線(xiàn)程T的數(shù)據(jù)更新，如果當(dāng)前線(xiàn)程遵循鎖降級(jí)的步驟，那么線(xiàn)程