09-多线程笔记-2-锁-3-Lock-3-ReadWriteLock
现实中有这样一种场景：对共享资源有读和写的操作，且写操作没有读操作那么频繁。在没有写操作的时候，多个线程同时读一个资源没有任何问题，所以应该允许多个线程同时读取共享资源；但是如果一个线程想去写这些共享资源，就不应该允许其他线程对该资源进行读和写的操作了。
ReetranctLock和Synchronized能够允许一个线程进入多个临界区（可重入）,但是不能运行不同线程进入同一个临界区，也就是无法实现多个线程同时读取共享资源；
使用
ReadWriteLock可以解决这个问题，它保证：
- 只允许一个线程写入（其他线程既不能写入也不能读取）；
- 没有写入时，多个线程允许同时读（提高性能）。
ReadWriteLock有以下三个重要的特性：
- 公平选择性：支持非公平（默认）和公平的锁获取方式，吞吐量还是非公平优于公平。
- 重进入：读锁和写锁都支持线程重进入。
- 锁降级：遵循获取写锁、获取读锁再释放写锁的次序，写锁能够降级成为读锁。
ReentrantReadWriteLock
JAVA的并发包提供了读写锁ReentrantReadWriteLock，它表示两个锁，一个是读操作相关的锁，称为共享锁；一个是写相关的锁，称为排他锁.
- 线程进入读锁的前提条件
没有其他线程的写锁;
没有写请求或者有写请求，但调用线程和持有锁的线程是同一个。
- 线程进入写锁的前提条件
没有其他线程的读锁;
没有其他线程的写锁
Sync
Sync抽象类继承自AQS抽象类，Sync类提供了对ReentrantReadWriteLock的支持。
Sync类内部存在两个内部类，分别为HoldCounter和ThreadLocalHoldCounter，HoldCounter主要有两个属性，count和tid，其中count表示某个读线程重入的次数，tid表示该线程的tid字段的值，该字段可以用来唯一标识一个线程。ThreadLocalHoldCounter重写了ThreadLocal的initialValue方法，ThreadLocal类可以将线程与对象相关联。在没有进行set的情况下，get到的均是initialValue方法里面生成的那个HolderCounter对象。
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读写状态的设计
在
ReentrantReadWriteLock的内部类Sync中，定义了若干变量，将同步器状态值state拆分成两部分，高16位标识读锁，低16位标识写锁；abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { private static final long serialVersionUID = 6317671515068378041L; /* * Read vs write count extraction constants and functions. * Lock state is logically divided into two unsigned shorts: * The lower one representing the exclusive (writer) lock hold count, * and the upper the shared (reader) hold count. */ // 将int类型的state（32位）,拆分成unsigned shorts(16位） static final int SHARED_SHIFT = 16; // 读锁基本单位（高16位的1） static final int SHARED_UNIT = (1 << SHARED_SHIFT); // 读写锁最大数量 static final int MAX_COUNT = (1 << SHARED_SHIFT) - 1; // 写锁的子码，用于从state中计算写锁值 static final int EXCLUSIVE_MASK = (1 << SHARED_SHIFT) - 1; // 省略其他剩余代码 }
ReadLock
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获取锁
protected final int tryAcquireShared(int unused) { /* * Walkthrough: * 1. If write lock held by another thread, fail. * 2. Otherwise, this thread is eligible for * lock wrt state, so ask if it should block * because of queue policy. If not, try * to grant by CASing state and updating count. * Note that step does not check for reentrant * acquires, which is postponed to full version * to avoid having to check hold count in * the more typical non-reentrant case. * 3. If step 2 fails either because thread * apparently not eligible or CAS fails or count * saturated, chain to version with full retry loop. */ // 获取当前线程 Thread current = Thread.currentThread(); // 获取锁状态 int c = getState(); // 如果有写锁并且写锁不是当前线程，获取读锁失败 if (exclusiveCount(c) != 0 && getExclusiveOwnerThread() != current) return -1; // 获取读锁数量 int r = sharedCount(c); // 1. 如果当前线程有获取锁的资格（公平锁只有等待最久的线程可以获取，非公平锁没有限制） // 2. 读锁的数量小于最大数量 // 3. 更新读锁数据，（c+SHARED_UNIT）=（sharedCount(c) + 1) << 16 = (c >>> 16 + 1) << 16,相当于在高16位加1， if (!readerShouldBlock() && r < MAX_COUNT && compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) { // 如果读锁没有被线程获取，直接设置第一个拥有读锁的线程为当前线程（第一个拥有读锁的参数设置是为了优化性能） if (r == 0) { firstReader = current; firstReaderHoldCount = 1; // 如果第一个读锁拥有线程为当前线程，锁重入数加1 } else if (firstReader == current) { firstReaderHoldCount++; } else { // 获取上一个拥有锁的线程的线程数计数器（性能优化） HoldCounter rh = cachedHoldCounter; // 如果没有线程数计数器，或者线程数计数器对应的线程不是当前线程，获取线程空间中保持的线程计数器，并修改锁对象中线程计数器； if (rh == null || rh.tid != LockSupport.getThreadId(current)) cachedHoldCounter = rh = readHolds.get(); // 如果上一个拥有锁的线程是当前线程，并且计数器为0（上一个线程释放了读锁），将线程计数器对象保存到当前线程的空间中。 else if (rh.count == 0) readHolds.set(rh); // 线程计数器加1 rh.count++; } return 1; } // 如果当前线程不具有获取锁资格或比较交换操作失败，则重新获取读锁 return fullTryAcquireShared(current); } -
释放锁
protected final boolean tryReleaseShared(int unused) { // 获取当前线程 Thread current = Thread.currentThread(); // 如果第一个获取读锁的线程是当前线程 if (firstReader == current) { // assert firstReaderHoldCount > 0; // 如果只获取了一次读锁，丢弃锁对象中缓存的第一个获取读锁线程信息 if (firstReaderHoldCount == 1) firstReader = null; // 如果第一个获取读锁的线程多次获取读锁，获取读锁数减1 else firstReaderHoldCount--; // 如果当前线程不是第一个获取读锁的线程 } else { // 获取上一个拥有读锁的线程对应的线程计数器 HoldCounter rh = cachedHoldCounter; // 如果没有缓存的线程计数器（上一个拥有读锁的线程释放了读锁），或者上一个拥有读锁的线程不是当前线程，从当前线程空间中获取线程计数器 if (rh == null || rh.tid != LockSupport.getThreadId(current)) rh = readHolds.get(); int count = rh.count; // 如果当前线程拥有读锁数不超过1 if (count <= 1) { // 移除当前线程中对应的线程计数器（会造成锁对象中缓存的上一个拥有读锁的线程计数器为null，也就是上一个判断条件） readHolds.remove(); if (count <= 0) throw unmatchedUnlockException(); } // 如果当前线程多次申请读锁，线程计数器值减1 --rh.count; } // 自旋更新锁状态值 for (;;) { int c = getState(); int nextc = c - SHARED_UNIT; if (compareAndSetState(c, nextc)) // Releasing the read lock has no effect on readers, // but it may allow waiting writers to proceed if // both read and write locks are now free. return nextc == 0; } }
WriteLock
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获取锁
@ReservedStackAccess protected final boolean tryAcquire(int acquires) { /* * Walkthrough: * 1. If read count nonzero or write count nonzero * and owner is a different thread, fail. * 2. If count would saturate, fail. (This can only * happen if count is already nonzero.) * 3. Otherwise, this thread is eligible for lock if * it is either a reentrant acquire or * queue policy allows it. If so, update state * and set owner. */ Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); // 获取写锁状态 int w = exclusiveCount(c); if (c != 0) { // (Note: if c != 0 and w == 0 then shared count != 0) // 如果写锁未被获取（有线程获取了读锁），或者获取写锁的不是当前线程，则获取写锁失败 if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread()) return false; // 如果获取写锁后的数量超长最大值，抛出异常 if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); // Reentrant acquire // 修改锁状态值 setState(c + acquires); return true; } // 如果锁未被获取（写锁，读锁均未被获取）， // 1. 如果当前线程不具有获取写锁的资格（公平锁会有限制），获取比较交换操作失败，则获取写锁失败 if (writerShouldBlock() || !compareAndSetState(c, c + acquires)) return false; // 修改锁拥有线程 setExclusiveOwnerThread(current); return true; } -
释放锁
protected final boolean tryRelease(int releases) { // 如果当前线程不是拥有写锁的线程，抛出异常 if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); int nextc = getState() - releases; boolean free = exclusiveCount(nextc) == 0; // 如果写锁只被请求一次（未被写锁拥有线程多次申请），则修改写锁拥有线程为null，修改写锁请求值为0（释放写锁），否则写锁释放失败 if (free) setExclusiveOwnerThread(null); setState(nextc); return free; }
参考文档
