java多线程7：ReentrantReadWriteLock

目录

• ReentrantReadWriteLock
  • 读读共享
  • 写写互斥
  • 读写互斥
• 源码分析
  • 写锁的获取与释放
  • 读锁的获取与释放
• 参考文献

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真实的多线程业务开发中，最常用到的逻辑就是数据的读写，ReentrantLock虽然具有完全互斥排他的效果（即同一时间只有一个线程正在执行lock后面的任务），

这样做虽然保证了实例变量的线程安全性，但效率却是非常低下的。所以在JDK中提供了一种读写锁ReentrantReadWriteLock类，使用它可以加快运行效率。

读写锁表示两个锁，一个是读操作相关的锁，称为共享锁；另一个是写操作相关的锁，称为排他锁。

下面我们通过代码去验证下读写锁之间的互斥性

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ReentrantReadWriteLock

读读共享

首先创建一个对象，分别定义一个加读锁方法和一个加写锁的方法，

?1234567891011121314151617181920212223242526272829public class MyDomain3 { private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(); public void testReadLock() { try { lock.readLock().lock(); System.out.println(System.currentTimeMillis() + " 获取读锁"); Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.readLock().unlock(); } } public void testWriteLock() { try { lock.writeLock().lock(); System.out.println(System.currentTimeMillis() + " 获取写锁"); Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.writeLock().unlock(); } } }

　　创建线程类1 调用加读锁方法

?12345678910111213public class Mythread3_1 extends Thread { private MyDomain3 myDomain3; public Mythread3_1(MyDomain3 myDomain3) { this.myDomain3 = myDomain3; } @Override public void run() { myDomain3.testReadLock(); }}

　　

?12345678910@Test public void test3() throws InterruptedException { MyDomain3 myDomain3 = new MyDomain3(); Mythread3_1 readLock = new Mythread3_1(myDomain3); Mythread3_1 readLock2 = new Mythread3_1(myDomain3); readLock.start(); readLock2.start(); Thread.sleep(3000); }

　　执行结果：

?121639621812838 获取读锁1639621812839 获取读锁

　　可以看出两个读锁几乎同时执行，说明读和读之间是共享的，因为读操作不会有线程安全问题。

写写互斥

创建线程类2，调用加写锁方法

?12345678910111213public class Mythread3_2 extends Thread { private MyDomain3 myDomain3; public Mythread3_2(MyDomain3 myDomain3) { this.myDomain3 = myDomain3; } @Override public void run() { myDomain3.testWriteLock(); }}?1234567891011@Test public void test3() throws InterruptedException { MyDomain3 myDomain3 = new MyDomain3(); Mythread3_2 writeLock = new Mythread3_2(myDomain3); Mythread3_2 writeLock2 = new Mythread3_2(myDomain3); writeLock.start(); writeLock2.start(); Thread.sleep(3000); }

　　执行结果：

?121639622063226 获取写锁1639622064226 获取写锁

　　从时间上看，间隔是1000ms即1s，说明写锁和写锁之间互斥。

读写互斥

再用线程1和线程2分别调用读锁与写锁

?1234567891011@Test public void test3() throws InterruptedException { MyDomain3 myDomain3 = new MyDomain3(); Mythread3_1 readLock = new Mythread3_1(myDomain3); Mythread3_2 writeLock = new Mythread3_2(myDomain3); readLock.start(); writeLock.start(); Thread.sleep(3000); }

　　执行结果：

?121639622338402 获取读锁1639622339402 获取写锁

　　从时间上看，间隔是1000ms即1s，和代码里面是一致的，证明了读和写之间是互斥的。

注意一下，"读和写互斥"和"写和读互斥"是两种不同的场景，但是证明方式和结论是一致的，所以就不证明了。

最终测试结果下：

1、读和读之间不互斥，因为读操作不会有线程安全问题

2、写和写之间互斥，避免一个写操作影响另外一个写操作，引发线程安全问题

3、读和写之间互斥，避免读操作的时候写操作修改了内容，引发线程安全问题

总结起来就是，多个Thread可以同时进行读取操作，但是同一时刻只允许一个Thread进行写入操作。

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源码分析

读写锁中的Sync也是同样实现了AQS，回想ReentrantLock中自定义同步器的实现，同步状态表示锁被一个线程重复获取的次数，

而读写锁的自定义同步器需要在同步状态（一个整型变量）上维护多个读线程和一个写线程的状态，使得该状态的设计成为读写锁实现的关键。

读写锁将变量切分成了两个部分，高16位表示读，低16位表示写

当前同步状态表示一个线程已经获取了写锁，且重进入了两次，同时也连续获取了两次读锁。读写锁是如何迅速确定读和写各自的状态呢？

?123456789static final int SHARED_SHIFT = 16;static final int SHARED_UNIT = (1 << SHARED_SHIFT);static final int MAX_COUNT = (1 << SHARED_SHIFT) - 1;static final int EXCLUSIVE_MASK = (1 << SHARED_SHIFT) - 1; /** Returns the number of shared holds represented in count */static int sharedCount(int c) { return c >>> SHARED_SHIFT; }/** Returns the number of exclusive holds represented in count */static int exclusiveCount(int c) { return c & EXCLUSIVE_MASK; }

　　其实是通过位运算。假设当前同步状态值为c，写状态等于c & EXCLUSIVE_MASK (c&0x0000FFFF（将高16位全部抹去）)，

读状态等于c>>>16（无符号补0右移16位）。当写状态增加1时，等于c+1，当读状态增加1时，等于c+(1<<16)，也就是c+0x00010000。

根据状态的划分能得出一个推论：c不等于0时，当写状态（c & 0x0000FFFF）等于0时，则读状态（c>>>16）大于0，即读锁已被获取。

写锁的获取与释放

　　通过上面的测试，我们知道写锁是一个支持重入的排它锁，看下源码是如何实现写锁的获取

?12345678910111213141516171819202122232425262728293031protected final boolean tryAcquire(int acquires) { /* * Walkthrough: * 1. If read count nonzero or write count nonzero * and owner is a different thread, fail. * 2. If count would saturate, fail. (This can only * happen if count is already nonzero.) * 3. Otherwise, this thread is eligible for lock if * it is either a reentrant acquire or * queue policy allows it. If so, update state * and set owner. */ Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); int w = exclusiveCount(c); if (c != 0) { // (Note: if c != 0 and w == 0 then shared count != 0) if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread()) return false; if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); // Reentrant acquire setState(c + acquires); return true; } if (writerShouldBlock() || !compareAndSetState(c, c + acquires)) return false; setExclusiveOwnerThread(current); return true; }

　　第3行到第11行，简单说了下整个方法的实现逻辑，这里要夸一下，这段注释就很容易的让人知道代码的功能。下面我们分析一下，

第13到第15行，分别拿到了当前线程对象current，lock的加锁状态值c 以及写锁的值w，c!=0 表明 当前处于有锁状态，

再继续分析第16行到25行，有个关键的Note：(Note: if c != 0 and w == 0 then shared count != 0)：简单说就是：如果一个有锁状态但是没有写锁，那么肯定加了读锁。

第18行if条件，就是判断加了读锁，但是当前线程不是锁拥有的线程，那么获取锁失败，证明读写锁互斥。

第20行到第25行，走到这步，说明 w !=0 ，已经获取了写锁，只要不超过写锁最大值，那么增加写状态然后就可以成功获取写锁。

如果代码走到第26行，说明c==0，当前没有加任何锁，先执行 writerShouldBlock()方法，此方法用来判断写锁是否应该阻塞，

这块是对公平与非公平锁会有不同的逻辑，对于非公平锁，直接返回false，不需要阻塞，

下面是公平锁执行的判断

?12345678910public final boolean hasQueuedPredecessors() { // The correctness of this depends on head being initialized // before tail and on head.next being accurate if the current // thread is first in queue. Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order Node h = head; Node s; return h != t && ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread()); }

　　对于公平锁需要判断当前等待队列中是否存在 等于当前线程并且正在排队等待获取锁的线程。

写锁的释放与ReentrantLock的释放过程基本类似，每次释放均减少写状态，当写状态为0时表示写锁已被释放，

从而等待的读写线程能够继续访问读写锁，同时前次写线程的修改对后续读写线程可见。

读锁的获取与释放

读锁是一个支持重进入的共享锁，它能够被多个线程同时获取。JDK源码如下：

?123456789101112131415161718192021222324252627protected final int tryAcquireShared(int unused) { Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (exclusiveCount(c) != 0 && getExclusiveOwnerThread() != current) return -1; int r = sharedCount(c); if (!readerShouldBlock() && r < MAX_COUNT && compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) { if (r == 0) { firstReader = current; firstReaderHoldCount = 1; } else if (firstReader == current) { firstReaderHoldCount++; } else { HoldCounter rh = cachedHoldCounter; if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) cachedHoldCounter = rh = readHolds.get(); else if (rh.count == 0) readHolds.set(rh); rh.count++; } return 1; } return fullTryAcquireShared(current); }

　　第4行到第6行，如果写锁被其他线程持有，则直接返回false，获取读锁失败，证明不同线程间写读互斥。

第8行，readerShouldBlock() 获取读锁是否应该阻塞，这儿也同样要区分公平锁和非公平锁，

公平锁模式需要判断当前等待队列中是否存在 等于当前线程并且正在排队等待获取锁的线程，存在则获取读锁需要等待。

非公平锁模式需要判断当前等待队列中第一个是等待写锁的，则方法返回true，获取读锁需要等待。

fullTryAcquireShared() 主要是处理读锁获取的完整版本，它处理tryAcquireShared()中没有处理的CAS错误和可重入读锁的处理逻辑。

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参考文献

1：《Java并发编程的艺术》

2：《Java多线程编程核心技术》