并发编程（九）：读写锁，LockSupport和Condition
学习资料
《Java并发编程的艺术》第5章 5.4~5.6
1.读写锁简介
读写锁与排他锁：
- 排他锁：同一个时刻只能运行一个线程进行访问(不管读写)，如ReentrantLock
- 读写锁：同一时刻允许有多个读线程访问，但是有写线程访问时，所有其他线程(不管读写)都被阻塞
Java并发包提供的读写锁的实现是ReentrantReadWriteLock，支持公平性选择，重入锁以及锁降级
- 锁降级：获取写锁—>获取读锁—>释放写锁，写锁能够降级为读锁
ReadWriteLock接口仅提供了两个与锁相关方法：
lock readLock()：获取读锁lock writeLock()：获取写锁
ReentrantReadWriteLock实现提供了四个展示内部工作状态的方法：
getReadLockCount()：返回当前读写锁被获取的次数(不等于获取读锁的线程数，有重入)getReadHoldCount()：返回当前线程获取读锁的个数(线程获取多个锁或重入)isWriteLocked()：判断写锁是否被获取getWriteHoldCount()：返回当前写锁被获取的次数(重入次数)
简单使用方式：
static ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
static Lock r = rwl.readLock();
static Lock w = rwl.writeLock();
r.lock();r.unlock(); //读锁操作
w.lock();w.unlock(); //写锁操作
2.读写锁实现
2.1 读写状态设计
读写锁同样依赖自定义同步器来实现同步功能，读写状态就是同步器的同步状态
同步状态是一个整型(32位)，需要维护多个读线程和一个写线程的状态，用高位16位表示读状态，低位16位表示写状态：
2.2 写锁获取与释放
写锁获取
写锁是一个支持重进入的排他锁：
- 如果当前线程已经获得了写锁，则增加写状态，重入锁
- 如果读线程已经被获取或者其他线程获取了写锁，则线程进入等待状态
- 如果读锁没有被获取，写锁也没有被获取，则当前线程获取写锁
读读共享，读写互斥，写写互斥
只有当读线程都释放了读锁，写锁才能被当前线程获取；写锁一旦被获取，后续的所有读写线程都被阻塞。
写锁释放
每次释放均减少写状态，写状态为0则真正被释放
2.3 读锁获取与释放
读锁获取
读锁是一个支持重进入的共享锁，能被多个线程同时获取，没有其他写线程访问(或者写状态为0)时，读锁总会被成功地获取
读状态是所有线程保存的所有锁的总数，也就是说新线程获取读锁会添加读状态，同一个线程锁重入也会添加读状态。Java6之后将每个线程获取的读锁次数存放在ThreadLocal中，使得读锁获取实现变得复杂
特殊情况：
- 其他线程获取写锁—>当前线程无法再获取读锁
- 当前线程获取写锁—>当前线程可获取读锁，之后再释放写锁(锁降级)
读锁释放
读锁每次释放(需要保证线程安全)都会减少读状态(减少1<<16)
2.4 锁降级
写锁—>读锁
把持住(当前线程拥有的)写锁，再获取到读锁，随后释放(先前拥有的)写锁的过程
示例代码：
public void processData() {
//获取读锁
readLock.lock();
if (!update) {
// 必须先释放读锁
readLock.unlock();
// 锁降级从写锁获取到开始
writeLock.lock();
try {
if (!update) {
// 准备数据的流程（略）
update = true;
}
readLock.lock();
} finally {
writeLock.unlock();
}
// 锁降级完成，写锁降级为读锁
}
try {
// 使用数据的流程（略）
} finally {
readLock.unlock();
}
}
锁降级为了保证数据的可见性，防止写锁切换为读锁过程中被其他写锁获取到线程修改数据(此时修改的数据还未被使用)
ReentrantReadWriteLock不支持锁升级
3.LockSupport工具
LockSupport提供了最基本的线程阻塞和唤醒功能，内部调用了Unsafe类中的本地方法来实现，LockSupport是构建同步组件的基础工具
LockSupport定义了一组以park开头的方法阻塞当前线程，以及unpark(Thread thread)方法唤醒一个被阻塞的线程：park()，parkNanos()，parkUntil()，unpark()
Java6增加了带blocker参数的park开头的方法如：park(Object blocker)，blocker表示当前线程所在的阻塞对象，增加这些方法主要是为了问题排除和系统监控
4.Condition接口简介
Java提供了一组监视器方法(Object类上)，主要包括wait()，wait(long timeout)，notify()，notifyAll()方法，这些方法和Synchronized关键字配合，可以实现等待/通知模式。
Condition接口也提供了类似Object监视器的功能，和Lock配合可以实现等待/通知模式。
Object监视器方法与Condition接口对比：
Condition的简单使用方式：
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition(); //可创建多个condition
public void conditionWait() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
//相当于obj.wait()，在Condition上等待
condition.await();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void conditionSignal() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
//相当于obj.notify()/notifyAll()
condition.signal();
//condition.signalAll();
} finally {
lock.unlock();
}
}
Condition的常用方法：
await()，awaitUninterruptibly(...)，awaitNanos(...)，awaitUnit(...)，signal()，signalAll()
Condition的获取只能通过Lock.newCondition()获取，并且可以获取多个，多个等待队列，比如所有读线程在一个Condition上等待，所有写线程在另一个Condition上等待
5.Condition的实现
ConditionObject是AQS的内部类
5.1 等待队列
实际上是一个FIFO队列，复用了AQS同步队列的节点
一个Condition包含一个等待队列，Condition拥有首节点和尾结点，示意图：
Condition.await()会新增节点，通过锁来保证更新节点的线程安全的(await之前已经获取到了锁)
AQS同步器拥有一个同步队列和多个等待队列：
每个Condition实例都能够访问同步器提供的方法，相当于每个Condition都拥有所属同步器的引用
5.2 等待
Condition.await()会使线程进入等待队列并释放锁，同时线程变为等待状态
从队列角度看，相当于从同步队列首节点(获取了锁的节点)移动到了等待队列中：
ConditionObject.await()方法代码如下：
public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
//当前线程加入等待队列
Node node = addConditionWaiter();
//释放同步状态(释放锁)
int savedState = fullyRelease(node);
int interruptMode = 0;
//节点不再同步队列中
while (!isOnSyncQueue(node)) {
//通过LockSupport.park()使线程等待
LockSupport.park(this);
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break;
}
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
if (node.nextWaiter != null)
unlinkCancelledWaiters();
if (interruptMode != 0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}
5.3 通知
Condition.signal()会唤醒在等待队列中等待时间最长的节点(首节点)，并移动到同步队列中：
ConditionObject.signal()方法代码如下：
public final void signal() {
//判断锁是否被当前线程持有
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
Node first = firstWaiter;
if (first != null)
//内部通过LockSupport.inpark(node.thread)唤醒线程
doSignal(first);
}
Condition的signalAll()方法，相当于对等待队列中的每个节点均执行一次signal()方法，唤醒所有该等待队列上的线程
