「java.util.concurrent并发包8」之 ReentrantReadWriteLock

一 概述

多线程的环境下对同一份数据进行读写，会涉及到线程安全的问题。比如一个线程读取数据的时候，另外一个线程在写数据，会导致前后数据的不一致。一个线程在写数据，另一个线程也在写，同样会导致线程前后看到的数据不一致。这时可以在读写方法加入互斥锁，任何时候只能允许一个线程的一个读或写操作，而不允许其他线程的读或写操作，这样是可以解决这样以上的问题，但是效率却大打折扣了。因为在真实的业务场景中，一份数据，读取数据的操作次数通常高于写入数据的操作，而线程与线程间的读读操作是不涉及到线程安全的问题，没有必要加入互斥锁，只要在读-写，写-写期间上锁就行了

读写锁：分为读锁和写锁，多个读锁不互斥，读锁与写锁互斥，这是由jvm自己控制的。

ReentrantReadWriteLock是可重入的读写锁，允许多个读线程获得ReadLock，但只允许一个写线程获得WriteLock

 

 

二 锁升级锁降级

读写锁的机制：

   "读-读" 不互斥

   "读-写" 互斥

   "写-写" 互斥

 

ReentrantReadWriteLock不支持锁升级(从读锁变成写锁)

ReadWriteLock rtLock = new ReentrantReadWriteLock();
 rtLock.readLock().lock();
 System.out.println("get readLock.");
 rtLock.writeLock().lock();
 System.out.println("blocking");

这个代码会死锁，没释放读锁就去申请写锁

ReentrantReadWriteLock支持锁降级(从写锁变成读锁)

ReadWriteLock rtLock = new ReentrantReadWriteLock();
rtLock.writeLock().lock();
System.out.println("writeLock");

rtLock.readLock().lock();
System.out.println("get read lock");

以上这段代码虽然不会导致死锁，但没有正确的释放锁。从写锁降级成读锁，并不会自动释放当前线程获取的写锁，仍然需要显示的释放，否则别的线程永远也获取不到写锁。

 

 

关于读写锁里面有一个锁升级和降级的问题，也就是写锁可以降级为读锁，但是读锁却不能升级为写锁。那么为什么是这样？

其实也不难理解，只要线程获取写锁，那么这一刻只有这一个线程可以在临界区操作，它自己写完的东西，自己的是可以看见的，所以写锁降级为读锁是非常自然的一种行为，并且几乎没有任何性能影响，但是反过来就不一定行的通了，因为读锁是共享的，也就是说同一时刻有大量的读线程都在临界区读取资源，如果可以允许读锁升级为写锁，这里面就涉及一个很大的竞争问题，所有的读锁都会去竞争写锁，这样以来必然引起巨大的抢占，这是非常复杂的，因为如果竞争写锁失败，那么这些线程该如何处理？是继续还原成读锁状态，还是升级为竞争写锁状态？这一点是不好处理的，所以Java的api为了让语义更加清晰，所以只支持写锁降级为读锁，不支持读锁升级为写锁。

举个生活中的例子，在一个演唱会中，台上有一名歌手在唱歌，我们可以理解为它是写锁，只有他在唱歌，同时台下有很多观众在听歌，观众也就是读锁，现在假如歌手唱完了，它可以立马到台下很轻松的就降级为一名观众，但是反过来我们宣布一项规定，谁先登上舞台上，谁就是歌手可以演唱一首歌并获得奖金，如果真的是这样，那么所有人必然会蜂拥而上，这时候就乱了，弄不好还会出现踩踏事故，所以观众升级为歌手这件事情代价是比较大的。

这就是读锁为什么不能直接升级写锁的主要原因，当然这里并不是绝对，升级写锁的最佳条件是一次只允许一个读线程升级，这样以来就不会产生大量不可控的竞争，在JDK8中新增的StampedLock类就可以比较优雅的完成这件事，这个到后面我们再分析。

 

 

三 读写锁实现缓存

    private static Map<Integer, Integer> cache = Maps.newHashMap();
    private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

    public Integer get(Integer key) {
        Integer value;
        readWriteLock.readLock().lock();
        try {
            value = cache.get(key);
            if (value == null) {
                readWriteLock.readLock().unlock();
                readWriteLock.writeLock().lock();
                try {
                    if (value == null) {
                        value = 1; // 从数据库读取等
                    }
                    readWriteLock.readLock().lock();
                } finally {
                    readWriteLock.writeLock().unlock();
                }
            }
        } finally {
            readWriteLock.readLock().unlock();
        }
        return value;
    }

    public void put(Integer key, Integer value) {
        readWriteLock.writeLock().lock();
        cache.put(key, value);
        readWriteLock.writeLock().unlock();
    }

注意最后的释放写锁「line18」，在之前是要加读锁「line16」的，因为在get过程中，可能有其他线程竞争到锁或是更新数据，会产生脏读。

（延伸：释放写锁前先加上读锁～）