Java多线程之读写锁

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回忆。。ReentrantReadWriteLock是读写锁,可以类比一些MySQL中的独占锁和共享锁,都是读共享,写时独占,不同线程间读写互斥(避免读到脏数据) 读写锁的实现还是依赖于AQS,并且该锁还是可重入的。那么说到AQS,就又不得不提起两个东西,一个是int state 同步状态变量,一个是同步队列。在ReentrantReadWriteLock中,是通过高16位写,低16位读的方式来实现互斥以及可重入的功能的。

ReentrantReadWriteLock

  1. 公平性选择:支持非公平和公平的锁获取方式,吞吐量还是非公平优于公平
  2. 重进入:该锁支持重进入,以读写线程为例:读线程在获取读锁之后,能够再次获取读锁。而写线程在获取了写锁之后能够再次获取写锁,同时也可以获取读锁
  3. 锁降级:遵循获取写锁、获取读锁在释放写锁的次序,写锁能够降级成为读锁,从而来保证数据的可见性

读写锁的接口

接口方法
int getReadLockCount()返回当前读锁被获取的次数。该次数不等于获取读锁的线程数
int getReadHoldCount()返回当前线程获取读锁的次数。该方法Java6中加入到ReentrantReadWriteLock中,使用ThreadLocal保存当前线程获取的次数
boolean isWriteLocked()判断写锁是否被获取
int getWriteHoldCount()返回当前写锁被获取的次数

读写锁的实现分析

读写锁的设计

  • 读写锁同样也是依赖于AQS来实现同步功能,而读写状态就是其同步器的同步状态。读写锁的自定义同步器在同步状态(即整型变量state)上维护多个读线程和一个写线程的状态。
  • 而对于一个整型变量上维护多种状态,就一定需要"按位切割使用"这个变量,高16位表示读,低16位表示写

写锁的获取和释放

写锁是一个支持重进入的排它锁。如果当前线程已经获取了写锁,则增加写状态。如果当前线程在获取写锁的时候,读锁已经被获取(即读状态不为0)或者该线程不是已经获取写锁的线程,则当前线程进入等待状态

 protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            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;
        }

如果存在读锁,则写锁不能被获取,原因在于:读写锁要确保写锁的操作对读锁可见,如果允许读锁在一被获取的情况下对写锁的获取,那么正在运行的其他读线程就无法感知到当前写线程的操作。因此,只有等待其他读线程都释放了读锁,写锁才能被当前线程获取,而写锁一旦被获取,则其他读写线程的后续访问均被阻塞

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的时候表示写锁已经释放。

读锁的获取与释放

  • 读锁,是一个支持重进入的共享锁,他能够多个线程同时获取,在没有其他写线程访问时,读锁总会被成功地获取,而所做的也只是增加读状态。
  • 在tryAcquireShared(int unused)方法中,如果其他线程已经获取了写锁,则当前线程获取读锁失败,进入等待状态。如果当前线程获取了写锁或者写锁未被获取,则当前线程(依靠CAS保证)增加读状态,成功获取读锁
锁降级
  • 锁降级是指将写锁降级成为读锁,从而来保证数据的可见性
  • 当前线程获取写锁完成数据准备之后,在获取读锁,随后释放写锁,完成锁降级。
    • 假设此刻另一个线程T获取了写锁,并修改了数据,那么当前线程无法感知线程T的数据更新。如果当前线程获取读锁,即遵循锁降级步骤,线程T将会被阻塞,直到当前线程使用数据并释放读锁之后,线程T才能获取写锁进行数据更新
  • ReentrantReadWriteLock不支持锁升级(把持读锁,获取写锁,释放读锁)