Java 读写锁源码分析

2024-10-28 09:07:23

前言

在实际项目中，比如我们有一个共享资源文件，我们程序会会同时并发的去读、写这个共享资源文件，那怎么能保证在高并发场景下安全、高效读写呢？OK，看了下文便知

提示：以下是本篇文章正文内容，案例仅供参考

一、技术介绍

1.ReentranReadWriteLock是什么？

ReadWriteLock提供了readLock和writeLock两种锁的操作机制，一个是读锁，一个是写锁，而它的实现类就是ReentranReadWriteLock

读锁可以在没有写锁的时候被多个线程同时持有，写锁是独占的(排他的)。这意味着每次只能有一个线程写，但可以多个线程并发地读。

理论上，读写锁比互斥锁允许对于共享数据更大程度的并发。与互斥锁相比，读写锁是否能够提高性能取决于读写数据的频率、读取和写入操作的持续时间、以及读线程和写线程之间的竞争。

二、源码分析

1.ReadLock

直接看ReadLock源码

可以看到ReadLock的lock操作实际实现对应Sync的 tryAcquireShared 方法，我们点进去看看

如果另一个线程持有写锁，则失败。
readerShouldBlock():读锁是否需要等待（公平锁原则）； r < MAX_COUNT：持有线程小于最大数；compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)：设置读取锁状态；整体意思就是读线程是否应该被阻塞、并且小于最大值、并且比较设置成功
else判断里读锁数量不为0并且不为当前线程，获取计数器并且+1
最后的这行方法执行是由于线程显然不符合条件，或者CAS失败或计数饱和，使用完整版本的获取，这里面的方法可处理CAS miss 和tryAcquireShared中未处理的可重入读

2.WriteLock

再接着看WriteLock源码

exclusiveCount方法的作用是将同步变量与0xFFFF做&运算，计算结果就是写锁的数量,因此w的值的含义就是写锁的数量如果c不为0就表示锁被占用了，占用的是写锁还是读锁呢？这个时候就需要根据w的值来判断了。如果c等于0就表示此时锁还没有被任何线程占用，那就让线程直接去尝试获取锁.

如果w为0，说明写锁数量为0，而此时又因为c不等于0，说明锁被占用，但是不是写锁，那么此时锁的状态一定是读锁，既然是读锁状态，那么写锁此时来获取锁时，就肯定失败，因此当w等于0时，tryAcquire方法返回false。

如果w不为0，说明此时锁的状态时写锁，接着进行current != getExclusiveOwnerThread()判断，判断持有锁的线程是否是当前线程

如果不是当前线程，那么tryAcquire()返回false；如果是当前线程，那么就进行后面的逻辑。为什么是当前线程持有锁，就还能执行后面的逻辑呢？那是因为读写锁是可重入的。

三、单元测试

OK，不废话，接下来上简单直接的单元测试

package com.hyh.core.test;

import org.junit.Test;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 * 可重入读写锁 TEST
 *
 * @Author: heyuhua
 * @Date: 2021/1/28 14:14
 */
public class ReentranReadWriteLockTest {

  ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
  Lock readLock = reentrantReadWriteLock.readLock();
  Lock writeLock = reentrantReadWriteLock.writeLock();

  @Test
  public void test() throws InterruptedException {
    ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      threadPool.execute(() -> {
        readLock();
      });
      threadPool.execute(() -> {
        writeLock();
      });
    }
    threadPool.shutdown();
    TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
  }

  private void readLock() {
    readLock.lock();
    try {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-获取读锁...");
      TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-释放读锁...");
      readLock.unlock();
    }
  }

  private void writeLock() {
    writeLock.lock();
    try {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-获取写锁...");
      TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-释放写锁...");
      writeLock.unlock();
    }
  }

}

这里模拟5个读和5个写的并发情况，马上看下执行结果

可以看到多个线程都可以同时获得读锁，而写锁必须等读锁释放了后才能获取，同样的读锁必须等写锁释放了后才能获取

总结

读写锁总结一句话：读读共享、写写互斥、读写互斥。

读写锁的适用场合：相比于 ReentrantLock 适用于一般场合，ReadWriteLock 适用读多写少的场景，合理使用可以进一步提高并发

作者寄语

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