讀寫鎖 ReentrantReadWriteLock

1. 前言

本節(jié)內(nèi)容主要是對(duì) Java 讀寫鎖 ReentrantReadWriteLock 進(jìn)行講解，本節(jié)內(nèi)容幾乎全部為重點(diǎn)知識(shí)，需要學(xué)習(xí)者對(duì) ReentrantReadWriteLock 進(jìn)行理解和掌握。本節(jié)內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)如下：

• ReentrantReadWriteLock 簡(jiǎn)單介紹，對(duì) ReentrantReadWriteLock 進(jìn)行一個(gè)總體的概括；
• ReentrantReadWriteLock 的類結(jié)構(gòu)，從 Java 層面了解 ReentrantReadWriteLock；
• ReentrantReadWriteLock 的特點(diǎn)，相比于上兩點(diǎn)知識(shí)，該知識(shí)點(diǎn)可視為重點(diǎn)；
• ReentrantReadWriteLock 讀鎖共享的性質(zhì)驗(yàn)證，為本節(jié)核心內(nèi)容之一；
• ReentrantReadWriteLock 讀寫互斥的性質(zhì)驗(yàn)證，為本節(jié)核心內(nèi)容之一。

ReentrantReadWriteLock 在 Java 的鎖當(dāng)中也占據(jù)著十分重要的地位，在并發(fā)編程中使用頻率也是非常的高，一定要對(duì)本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致的學(xué)習(xí)和掌握。

2. ReentrantReadWriteLock 介紹

JDK 提供了 ReentrantReadWriteLock 讀寫鎖，使用它可以加快效率，在某些不需要操作實(shí)例變量的方法中，完全可以使用讀寫鎖 ReemtrantReadWriteLock 來提升該方法的運(yùn)行速度。

定義：讀寫鎖表示有兩個(gè)鎖，一個(gè)是讀操作相關(guān)的鎖，也稱為共享鎖；另一個(gè)是寫操作相關(guān)的鎖，也叫排他鎖。

定義解讀：也就是多個(gè)讀鎖之間不互斥，讀鎖與寫鎖互斥、寫鎖與寫鎖互斥。在沒有線程 Thread 進(jìn)行寫入操作時(shí)，進(jìn)行讀取操作的多個(gè) Thread 都可以獲取讀鎖，而進(jìn)行寫入操作的 Thread 只有在獲取寫鎖后才能進(jìn)行寫入操作。即多個(gè) Thread 可以同時(shí)進(jìn)行讀取操作，但是同一時(shí)刻只允許一個(gè) Thread 進(jìn)行寫入操作。

3. ReentrantReadWriteLock 的類結(jié)構(gòu)

ReentrantReadWriteLock 是接口 ReadWriteLock 的子類實(shí)現(xiàn)，通過 JDK 的代碼可以看出這一實(shí)現(xiàn)關(guān)系。

public class ReentrantReadWriteLock
        implements ReadWriteLock, java.io.Serializable{}

我們?cè)賮砜聪陆涌?ReadWriteLock，該接口只定義了兩個(gè)方法：

public interface ReadWriteLock {
    Lock readLock();
    Lock writeLock();
}

通過調(diào)用相應(yīng)方法獲取讀鎖或?qū)戞i，可以如同使用 Lock 接口一樣使用。

4. ReentrantReadWriteLock 的特點(diǎn)

性質(zhì) 1 ：可重入性。

ReentrantReadWriteLock 與 ReentrantLock 以及 synchronized 一樣，都是可重入性鎖，這里不會(huì)再多加贅述所得可重入性質(zhì)，之前已經(jīng)做過詳細(xì)的講解。

性質(zhì) 2 ：讀寫分離。

我們知道，對(duì)于一個(gè)數(shù)據(jù)，不管是幾個(gè)線程同時(shí)讀都不會(huì)出現(xiàn)任何問題，但是寫就不一樣了，幾個(gè)線程對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行更改就可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的問題，因此想出了一個(gè)方法就是對(duì)數(shù)據(jù)加鎖，這時(shí)候出現(xiàn)了一個(gè)問題：

線程寫數(shù)據(jù)的時(shí)候加鎖是為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，但是線程讀數(shù)據(jù)的時(shí)候再加鎖就會(huì)大大降低效率，這時(shí)候怎么辦呢？那就對(duì)寫數(shù)據(jù)和讀數(shù)據(jù)分開，加上兩把不同的鎖，不僅保證了正確性，還能提高效率。

性質(zhì) 3 ：可以鎖降級(jí)，寫鎖降級(jí)為讀鎖。

線程獲取寫入鎖后可以獲取讀取鎖，然后釋放寫入鎖，這樣就從寫入鎖變成了讀取鎖，從而實(shí)現(xiàn)鎖降級(jí)的特性。

性質(zhì) 4 ：不可鎖升級(jí)。

線程獲取讀鎖是不能直接升級(jí)為寫入鎖的。需要釋放所有讀取鎖，才可獲取寫鎖。

5. ReentrantReadWriteLock 讀鎖共享

我們之前說過，ReentrantReadWriteLock 之所以優(yōu)秀，是因?yàn)樽x鎖與寫鎖是分離的，當(dāng)所有的線程都為讀操作時(shí)，不會(huì)造成線程之間的互相阻塞，提升了效率，那么接下來，我們通過代碼實(shí)例進(jìn)行學(xué)習(xí)。

場(chǎng)景設(shè)計(jì)：

• 創(chuàng)建三個(gè)線程，線程名稱分別為 t1，t2，t3，線程實(shí)現(xiàn)方式自行選擇；
• 三個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行獲取讀鎖，讀鎖成功后打印線程名和獲取結(jié)果，并沉睡 2000 毫秒，便于觀察其他線程是否可共享讀鎖；
• finally 模塊中釋放鎖并打印線程名和釋放結(jié)果；
• 運(yùn)行程序，觀察結(jié)果。

結(jié)果預(yù)期：三條線程能同時(shí)獲取鎖，因?yàn)樽x鎖共享。

實(shí)例：

public class DemoTest {
    private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();// 讀寫鎖
    private int i;
    public String readI() {
        try {
            lock.readLock().lock();// 占用讀鎖
            System.out.println("threadName -> " + Thread.currentThread().getName() + " 占用讀鎖,i->" + i);
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {

        } finally {
            System.out.println("threadName -> " + Thread.currentThread().getName() + " 釋放讀鎖,i->" + i);
            lock.readLock().unlock();// 釋放讀鎖
        }
        return i + "";
    }

    public static void main(String[] args) {
        final DemoTest demo1 = new DemoTest();
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                demo1.readI();
            }
        };
        new Thread(runnable, "t1"). start();
        new Thread(runnable, "t2"). start();
        new Thread(runnable, "t3"). start();
    }
}

結(jié)果驗(yàn)證：

threadName -> t1 占用讀鎖,i->0
threadName -> t2 占用讀鎖,i->0
threadName -> t3 占用讀鎖,i->0
threadName -> t1 釋放讀鎖,i->0
threadName -> t3 釋放讀鎖,i->0
threadName -> t2 釋放讀鎖,i->0

結(jié)果分析：從結(jié)果來看，t1，t2，t3 均在同一時(shí)間獲取了鎖，證明了讀鎖共享的性質(zhì)。

6. ReentrantReadWriteLock 讀寫互斥

當(dāng)共享變量有寫操作時(shí)，必須要對(duì)資源進(jìn)行加鎖，此時(shí)如果一個(gè)線程正在進(jìn)行讀操作，那么寫操作的線程需要等待。同理，如果一個(gè)線程正在寫操作，讀操作的線程需要等待。

場(chǎng)景設(shè)計(jì)：細(xì)節(jié)操作不詳細(xì)闡述，看示例代碼即可。

• 創(chuàng)建兩個(gè)線程，線程名稱分別為 t1，t2；
• 線程 t1 進(jìn)行讀操作，獲取到讀鎖之后，沉睡 5000 毫秒；
• 線程 t2 進(jìn)行寫操作；
• 開啟 t1，1000 毫秒后開啟 t2 線程；
• 運(yùn)行程序，觀察結(jié)果。

結(jié)果預(yù)期：線程 t1 獲取了讀鎖，在沉睡的 5000 毫秒中，線程 t2 只能等待，不能獲取到鎖，因?yàn)樽x寫互斥。

實(shí)例：

public class DemoTest {
    private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();// 讀寫鎖
    private int i;
    public String readI() {
        try {
            lock.readLock().lock();// 占用讀鎖
            System.out.println("threadName -> " + Thread.currentThread().getName() + " 占用讀鎖,i->" + i);
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
        } finally {
            System.out.println("threadName -> " + Thread.currentThread().getName() + " 釋放讀鎖,i->" + i);
            lock.readLock().unlock();// 釋放讀鎖
        }
        return i + "";
    }

    public void addI() {
        try {
            lock.writeLock().lock();// 占用寫鎖
            System.out.println("threadName -> " + Thread.currentThread().getName() + " 占用寫鎖,i->" + i);
            i++;
        } finally {
            System.out.println("threadName -> " + Thread.currentThread().getName() + " 釋放寫鎖,i->" + i);
            lock.writeLock().unlock();// 釋放寫鎖
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final DemoTest demo1 = new DemoTest();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                demo1.readI();
            }
        }, "t1"). start();
        Thread.sleep(1000);
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                demo1.addI();
            }
        }, "t2"). start();
    }
}

結(jié)果驗(yàn)證：

threadName -> t1 占用讀鎖,i->0
threadName -> t1 釋放讀鎖,i->0
threadName -> t2 占用寫鎖,i->0
threadName -> t2 釋放寫鎖,i->1

結(jié)果解析：驗(yàn)證成功，在線程 t1 沉睡的過程中，寫鎖 t2 線程無法獲取鎖，因?yàn)殒i已經(jīng)被讀操作 t1 線程占據(jù)了。

7. 小結(jié)

本節(jié)內(nèi)容只要是對(duì)讀寫鎖 ReentrantReadWriteLock 進(jìn)行的比較細(xì)致的講解，對(duì)于本節(jié)的內(nèi)容幾乎通篇為重點(diǎn)內(nèi)容。

其中核心知識(shí)點(diǎn)為讀鎖共享和讀寫互斥的驗(yàn)證，所有的知識(shí)點(diǎn)都是圍繞這兩個(gè)話題進(jìn)行講解的，有興趣的同學(xué)可以根據(jù)實(shí)例代碼進(jìn)行寫鎖互斥的驗(yàn)證。唯一不同的地方就是創(chuàng)建兩個(gè)寫線程進(jìn)行寫鎖的獲取。

掌握本節(jié)知識(shí)點(diǎn)，有助于我們?cè)谔囟ǖ膱?chǎng)景下對(duì)讀寫鎖進(jìn)行應(yīng)用。