Java中的ReentrantReadWriteLock实现原理详解
介绍
读写锁
- 实现了接口ReadWriteLock
- 适合于读多写少的情况
- 支持公平锁和非公平锁
- 支持可冲入(进入读锁后可再进入读锁,进入写锁后可再进入写锁和读锁)
- 支持可冲入和公平与非公平
缺点
(1) 写锁饥饿问题,读的线程很多,写的线程抢占不到锁,就一直抢占不到锁,就饥饿
(2) 锁降级,获取写锁后又再次获取读锁(重入),释放了写锁之后就变成了读锁,就是锁降级
内部接口
Sync/ReadLock/WriteLock/FairSync/NonfairSync 是其内部类 下面图有问题,ReadWriteLock没有实现Lock
代码演示
public class Lock { public static void main(String[] args) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { Lock.put(i + "", i + ""); } } }).start(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { Lock.get(i + ""); } } }).start(); } static Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>(); static ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock(); static java.util.concurrent.locks.Lock readLock = readWriteLock.readLock(); static java.util.concurrent.locks.Lock writeLock = readWriteLock.writeLock(); public static final Object get(String key) { readLock.lock(); try { System.out.println("正在做读的操作,key:" + key + "开始"); Thread.sleep(100); Object object = map.get(key); System.out.println("正在做读的操作,key:" + key + "结束"); System.out.println(); return object; } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { readLock.unlock(); } return key; } public static final Object put(String key, Object value) { writeLock.lock(); try { System.out.println("正在做写的操作,key:" + key + ",value:" + value + "开始"); Thread.sleep(100); Object object = map.put(key, value); System.out.println("正在做写的操作,key:" + key + ",value:" + value + "结束"); System.out.println(); return object; } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { writeLock.unlock(); } return value; } public static final void clear() { writeLock.lock(); try { map.clear(); } finally { writeLock.unlock(); } } }
class MyResource { Map<String,String> map = new HashMap<>(); Lock lock = new ReentrantLock(); ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock(); public void write(String key ,String value) { rwLock.writeLock().lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"正在写入"); map.put(key,value); //暂停毫秒 try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"完成写入"); }finally { rwLock.writeLock().unlock(); } } public void read(String key) { rwLock.readLock().lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"正在读取"); String result = map.get(key); // 暂停2000毫秒,演示读锁没有完成之前,写锁无法获得 try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"完成读取"+"\t"+result); }finally { rwLock.readLock().unlock(); } } } /** * @auther zzyy * @create 2022-04-08 18:18 */ public class ReentrantReadWriteLockDemo { public static void main(String[] args) { MyResource myResource = new MyResource(); for (int i = 1; i <=10; i++) { int finalI = i; new Thread(() -> { myResource.write(finalI +"", finalI +""); }, String.valueOf(i)).start(); } for (int i = 1; i <=10; i++) { int finalI = i; new Thread(() -> { myResource.read(finalI +""); },String.valueOf(i)).start(); } // 暂停几秒钟线程 try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 在读锁没有完成时, 写锁不能写入 for (int i = 1; i <=3; i++) { int finalI = i; new Thread(() -> { myResource.write(finalI +"", finalI +""); },"新写锁线程->"+String.valueOf(i)).start(); } } }
实现原理
从表面来看,ReadLock和WriteLock是两把锁,实际上它只是同一把锁的两个视图而已。
什么叫两个视图呢?可以理解为是一把锁,线程分成两类:读线程和写线程。读线程和写线程之间不互斥(可以同时拿到这把锁),读线程之间不互斥,写线程之间互斥
从下面的构造方法也可以看出,readerLock和writerLock实际共用同一个sync对象。
sync对象同互斥锁一样,分为非公平和公平两种策略,并继承自AQS
public ReentrantReadWriteLock() { this(false); } public ReentrantReadWriteLock(boolean fair) { sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync(); // fair为false使用非公平锁,true使用公平锁 readerLock = new ReadLock(this); writerLock = new WriteLock(this); }
同互斥锁一样,读写锁也是用state变量来表示锁状态的。只是state变量在这里的含义和互斥锁完全不同。在内部类Sync中,对state变量进行了重新定义,如下所示:
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { // ... static 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; // 持有读锁的线程的重入次数 static int sharedCount(int c) { return c >>> SHARED_SHIFT; } // 持有写锁的线程的重入次数 static int exclusiveCount(int c) { return c & EXCLUSIVE_MASK; } // ... }
把 state变量拆成两半,低16位用来记录写锁。但同一时间既然只能有一个线程写,为什么还需要16位呢?这是因为一个写线程可能多次重入。
例如,低16位的值等于5,表示一个写线程重入了5次 高16位,用来读锁。
如高16位的值等于5,既可以表示5个读线程都拿到了该锁;也可以表示一个读线程重入了5次
为什么要把一个int类型变量拆成两半,而不是用两个int型变量分别表示读锁和写锁的状态呢?因为无法用一次CAS同时操作两个int变量,所以用了一个int型的高16位和低16位分别表示读锁和写锁的状态
当state=0时,说明既没有线程持有读锁,也没有线程持有写锁;当state != 0时,要么有线程持有读锁,要么有线程持有写锁,两者不能同时成立,因为读和写互斥。
这时再进一步通过sharedCount(state)和exclusiveCount(state)判断到底是读线程还是写线程持有了该锁
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