ReentrantReadWriteLock实现原理探索-CFANZ编程社区

一、读写锁基本特性

锁分离的思想。

读写锁在同一时刻允许多个读线程访问，但是在写线程访问时，所有的读线程和其他线程均被阻塞。

ReentrantReadWriteLock内部有两把锁，一把读锁，一把写锁。通过分离读锁和写锁，使得它比其它排他锁性能更好。

ReentrantReadWriteLock有下面三个特性：公平性、重进入、锁降级。

ReentrantReadWriteLock实现原理探索_读锁

二、读写锁基本实现原理

ReentrantReadWriteLock 内部也是通过队列同步器AQS 实现的（看来AQS是开启并发编程的关键突破口！）。

AQS 中的一个同步状态 state 表示当前共享资源是否被其他线程锁占用。如果为0则表示未被占用，其他值表示该锁被重入的次数。

如何才能在一个int类型的变量上，记录读锁与写锁的状态？

按位切割将这个变量分为两部分，高16位记录读锁的状态，低16位记录写锁的状态

下图中，当前状态有一个线程已经获取了写锁，且重入了两次，同时也获取了两次读锁。

实现原理也很简单。

（1）如果写状态的值为0，读状态的值不为0，那么当前线程获取的就是读锁。

（2）如果读状态的值为0，写状态的值不为0，那么当前线程获取的就是写锁。

锁降级

ReentrantReadWriteLock实现原理探索_读锁_02

三、锁降级

锁降级的最终目的是：保证共享变量的数据安全。

当前线程 A 无法感知线程 B 的数据更新。如果当前线程 A 获取读锁，即遵循降级的步骤（获取写锁，再获取读锁，再释放写锁），则线程 B 将会被阻塞，直到当前线程 A 使用数据并释放读锁之后，线程 B 才能获取写锁进行数据更新。

ReentrantReadWriteLock实现原理探索_读锁_03

线程在持有写锁期间，在线程任务方法内，获取了读锁，再释放掉写锁，当前线程将只持有读锁。其它希望获取写锁的线程阻塞，因为读写锁ReentrantReadWriteLock是读写互斥的。其它希望获取读锁的线程不会被阻塞，因为多个线程可以共享读锁。因此，在代码中，线程在获取写锁后的任务代码中，需要获取一次读锁。

总结：如果一个线程占有了写锁，在不释放写锁的情况下，它还能占有读锁，即写锁降级为读锁。

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行

/**
 * Created by jay.zhou on 2018/9/14.
 */
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 * Created by Jay.Zhou on 2018/9/14.
 */
public class ReentrantReadWriteLockDemo {
    //读写锁对象,构造函数弄成false，保证是非公平锁
    private ReentrantReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock(false);
    //多个线程准备操作的共享变量
    private int value;

    /**
     * 操作共享变量value的方法A
     */
    public void writeA() {
        //第一步：获取到写锁，准备写入
        Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();
        //写锁加锁
        writeLock.lock();
        //执行任务,操作共享变量
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            value++;
        }
        System.out.println("writeA操作完毕，共享变量的值是:"+value);
        //任务执行完毕，获取读锁
        Lock readLock = readWriteLock.readLock();
        //读锁加锁
        readLock.lock();
        //释放写锁，当前线程就只持有读锁，可以阻塞其它的写线程
        writeLock.unlock();
        //让这个方法延迟5秒钟，模拟
        // 1.其它读线程读取共享变量
        // 2.其它写线程被阻塞
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //任务执行完毕，释放其它的写锁
        readLock.unlock();
    }

    /**
     * 操作共享变量value的方法B
     */
    public void writeB() {
        //写任务需要获取锁，阻塞其它线程
        Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();
        writeLock.lock();
        this.value = 9999;
        //任务执行完毕，获取共享变量的值
        System.out.println("writeB操作完毕，共享变量的值是:"+value);
        writeLock.unlock();
    }

    //获取共享变量
    public void get() {
        //读取共享变量的时候，不允许写线程进入，因此需要加上读锁
        Lock readLock = readWriteLock.readLock();
        //上锁
        readLock.lock();
        //读取共享变量
        System.out.println("读取任务操作完毕，共享变量的值是:"+value);
        //释放读锁
        readLock.unlock();
    }


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ReentrantReadWriteLockDemo demo = new ReentrantReadWriteLockDemo();
        //创建一个线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        pool.execute(()->{
            //执行写任务
            //先获取写锁，再获取读锁，最后释放写锁。
            //这样此线程持有的锁将会降级为读锁，阻塞其它的写入线程
            //在此期间，writeB写方法将会被阻塞，而get读方法可以获取到共享变量
            demo.writeA();
        });
        Thread.sleep(100);
        //开启第二个线程
        pool.execute(()->{
            //第二个读线程
             demo.get();

        });
        Thread.sleep(100);
        //开启第三个线程
        pool.execute(()->{
            //第三个写线程尝试操作共享变量
            demo.writeB();
        });
        pool.shutdown();

    }
}