可重入的讀寫鎖 - ReentrantReadWriteLock 及 AQS 源碼分析

1 讀寫鎖維護了一對相關(guān)的鎖，一個用于只讀操作，一個用于寫入操作。

只要沒有writer，讀鎖可以由多個reader線程同時保持。

寫鎖是獨占的。

互斥鎖一次只允許一個線程訪問共享數(shù)據(jù)，哪怕是只讀

讀寫鎖允許對共享數(shù)據(jù)進行更高性能的并發(fā)訪問

對于寫操作，一次只有一個線程（write線程）可修改共享數(shù)據(jù)

對于讀操作，允許任意數(shù)量的線程同時讀取

與互斥鎖相比，使用讀寫鎖能否提升性能則取決于讀寫操作期間讀取數(shù)據(jù)相對于修改數(shù)據(jù)的頻率，以及數(shù)據(jù)的爭用,即在同一時間試圖對該數(shù)據(jù)執(zhí)行讀取或?qū)懭氩僮鞯木€程數(shù)。

讀寫鎖適用于讀多寫少的場景。

2 可重入讀寫鎖 ReentrantReadWriteLock

2.1 屬性

ReentrantReadWriteLock 基于 AbstractQueuedSynchronizer實現(xiàn)，具有如下屬性

獲取順序：此類不會將讀/寫者優(yōu)先強加給鎖訪問的排序

非公平模式（默認）

連續(xù)競爭的非公平鎖可能無限期地推遲一個或多個reader或writer線程，但吞吐量通常要高于公平鎖

公平模式

線程利用一個近似到達順序的策略來競爭進入。

當釋放當前持有的鎖時，可以為等待時間最長的單個writer線程分配寫鎖，如果有一組等待時間大于所有正在等待的writer線程的reader，將為該組分配讀鎖。

試圖獲得公平寫入鎖的非重入的線程將會阻塞，除非讀取鎖和寫入鎖都自由（這意味著沒有等待線程）。

重入

此鎖允許reader和writer按照 ReentrantLock 的樣式重新獲取讀/寫鎖。在寫線程保持的所有寫鎖都已釋放后，才允許重入reader使用讀鎖

writer可以獲取讀取鎖，但reader不能獲取寫入鎖。

鎖降級

重入還允許從寫鎖降級為讀鎖，實現(xiàn)方式是：先獲取寫鎖，然后獲取讀取鎖，最后釋放寫鎖。但是，從讀取鎖升級到寫入鎖是不可能的。

鎖獲取的中斷

讀鎖和寫鎖都支持鎖獲取期間的中斷。

Condition 支持

寫鎖提供了一個 Condition 實現(xiàn)，對于寫鎖來說，該實現(xiàn)的行為與 ReentrantLock.newCondition() 提供的 Condition 實現(xiàn)對 ReentrantLock 所做的行為相同。當然，此 Condition 只能用于寫鎖。

讀鎖不支持 Condition，readLock().newCondition() 會拋UnsupportedOperationException

監(jiān)測

此類支持一些確定是讀鎖還是寫鎖的方法。這些方法設計用于監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)，而不是同步控制。

3 AQS

記錄當前加鎖的是哪個線程，初始化狀態(tài)下，這個變量是null

接著線程1跑過來調(diào)用ReentrantLock的lock()方法嘗試進行加鎖，這個加鎖的過程，直接就是用CAS操作將state值從0變?yōu)?。

如果之前沒人加過鎖，那么state的值肯定是0，此時線程1就可以加鎖成功。

一旦線程1加鎖成功了之后，就可以設置當前加鎖線程是自己。

線程1跑過來加鎖的一個過程

加鎖線程變量

Reentrant打頭，意思是一個可重入鎖。

可重入鎖就是你可以對一個ReentrantLock對象多次執(zhí)行l(wèi)ock()加鎖和unlock()釋放鎖，也就是可以對一個鎖加多次，叫做可重入加鎖。

看明白了那個state變量之后，就知道了如何進行可重入加鎖！

其實每次線程1可重入加鎖一次，會判斷一下當前加鎖線程就是自己，那么他自己就可以可重入多次加鎖，每次加鎖就是把state的值給累加1，別的沒啥變化。

接著，如果線程1加鎖了之后，線程2跑過來加鎖會怎么樣呢？

3.2 我們來看看鎖的互斥是如何實現(xiàn)的

線程2跑過來一下看到，哎呀！state的值不是0啊？所以CAS操作將state從0變?yōu)?的過程會失敗，因為state的值當前為1，說明已經(jīng)有人加鎖了！

接著線程2會看一下，是不是自己之前加的鎖啊？當然不是了，“加鎖線程”這個變量明確記錄了是線程1占用了這個鎖，所以線程2此時就是加鎖失敗。

一起來感受一下線程2的絕望心路

接著，線程2會將自己放入AQS中的一個等待隊列，因為自己嘗試加鎖失敗了，此時就要將自己放入隊列中來等待，等待線程1釋放鎖之后，自己就可以重新嘗試加鎖了

所以大家可以看到，AQS是如此的核心！AQS內(nèi)部還有一個等待隊列，專門放那些加鎖失敗的線程！

同樣，給大家來一張圖，一起感受一下：

接著，線程1在執(zhí)行完自己的業(yè)務邏輯代碼之后，就會釋放鎖！

他釋放鎖的過程非常的簡單，就是將AQS內(nèi)的state變量的值遞減1，如果state值為0，則徹底釋放鎖，會將“加鎖線程”變量也設置為null！

附圖

接下來，會從等待隊列的隊頭喚醒線程2重新嘗試加鎖。

好！線程2現(xiàn)在就重新嘗試加鎖，這時還是用CAS操作將state從0變?yōu)?，此時就會成功，成功之后代表加鎖成功，就會將state設置為1。

此外，還要把“加鎖線程”設置為線程2自己，同時線程2自己就從等待隊列中出隊了。

最后再來一張圖，大家來看看這個過程。

ReentrantLock，它是可重入的獨占鎖，內(nèi)部的 Sync 類實現(xiàn)了 tryAcquire(int)、tryRelease(int) 方法，并用狀態(tài)的值來表示重入次數(shù)，加鎖或重入鎖時狀態(tài)加 1，釋放鎖時狀態(tài)減 1，狀態(tài)值等于 0 表示鎖空閑。

CountDownLatch，它是一個關(guān)卡，在條件滿足前阻塞所有等待線程，條件滿足后允許所有線程通過。內(nèi)部類 Sync 把狀態(tài)初始化為大于 0 的某個值，當狀態(tài)大于 0 時所有wait線程阻塞，每調(diào)用一次 countDown 方法就把狀態(tài)值減 1，減為 0 時允許所有線程通過。利用了AQS的共享模式。

4 AQS只有一個狀態(tài)，那么如何表示 多個讀鎖 與 單個寫鎖

ReentrantLock 里，狀態(tài)值表示重入計數(shù)

現(xiàn)在如何在AQS里表示每個讀鎖、寫鎖的重入次數(shù)呢

如何實現(xiàn)讀鎖、寫鎖的公平性呢

一個狀態(tài)是沒法既表示讀鎖，又表示寫鎖的，顯然不夠用啊，那就辦成兩份用了!

狀態(tài)的高位部分表示讀鎖，低位表示寫鎖

由于寫鎖只有一個，所以寫鎖的重入計數(shù)也解決了，這也會導致寫鎖可重入的次數(shù)減小。

由于讀鎖可以同時有多個，肯定不能再用辦成兩份用的方法來處理了

但我們有 ThreadLocal，可以把線程重入讀鎖的次數(shù)作為值存在 ThreadLocal

對于公平性的實現(xiàn)，可以通過AQS的等待隊列和它的抽象方法來控制

在狀態(tài)值的另一半里存儲當前持有讀鎖的線程數(shù)。

如果讀線程申請讀鎖，當前寫鎖重入次數(shù)不為 0 時，則等待，否則可以馬上分配

如果是寫線程申請寫鎖，當前狀態(tài)為 0 則可以馬上分配，否則等待。

任務調(diào)度

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