今天来介绍一下java.util.concurrent.locks包下的ReentrantReadWriteLock。顾名思义,它是读写锁的一种,同一时间,读操作可以有多个线程,但是写操 作只能有一个线程,并且读和写不能同时进行;读锁被占用,那么写锁就不能获取,反过来也一样。之前学过的互斥锁,比如ReentrantLock、synchronized,在任何时候都只允许一个线程访问共享资源,这在读操作远多于写操作的场景下,显得效率很低,因为即使多个读操作之间并不冲突,它们也必须排队等待。
ReentrantReadWriteLock的诞生,正好可以解决这个问题。它通过分离读锁和写锁,使得并发读成为可能。下面通过阅读源码的方式,来看看大佬是如何设计这个读写锁的。
我们知道,基于 AQS 的锁实现,内部都是通过一个int类型的state变量,来维护锁的状态。Java 中,int有 32 位,而ReentrantReadWriteLock就是利用这些位来分别表示读锁和写锁的持有情况,这种设计被称为按位切割使用。读写锁将变量切分为两个部分,高16位表示读,低16位表示写,通过位运算来快速确定,读和写各自的状态。
protected final boolean tryAcquire(int acquires) { Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); int w = exclusiveCount(c); if (c != 0) { // 堆代码 duidaima.com //存在读锁,或者当前线程不是已经获取写锁的线程 if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread()) return false; if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(c + acquires); return true; } if (writerShouldBlock() || !compareAndSetState(c, c + acquires)) return false; setExclusiveOwnerThread(current); return true; }
这里之所以要判断是否存在读锁,因为读写锁要确保写锁的操作对读锁可见。如果允许读锁在已被获取的情况下,还获取写锁,那么正在运行的其他读线程,就没办法感知到当前写线程的操作。因此,只有等待其他读线程都释放了读锁,写锁才能被当前线程获取,而写锁一旦被获取,则其他读写线程的后续访问都会被阻塞。
至于写锁的释放,跟ReentrantLock的释放过程基本类似,每次释放都会减少写状态,当写状态为0 时,表示写锁已被释放,等待的读写线程能够继续访问读写锁,同时之前写线程的修改,对后续读写线程可见。
protected final int tryAcquireShared(int unused) { Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (exclusiveCount(c) != 0 && getExclusiveOwnerThread() != current) return -1; int r = sharedCount(c); if (!readerShouldBlock() && r < MAX_COUNT && compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) { if (r == 0) { firstReader = current; firstReaderHoldCount = 1; } else if (firstReader == current) { firstReaderHoldCount++; } else { HoldCounter rh = cachedHoldCounter; if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) cachedHoldCounter = rh = readHolds.get(); else if (rh.count == 0) readHolds.set(rh); rh.count++; } return 1; } return fullTryAcquireShared(current); }
这个方法有个很奇怪的点,入参并没有被使用,资料说是占位符。获取读锁的主要逻辑:如果其他线程已经获取了写锁,则当前线程获取读锁失败,进入等待状态;如果当前线程获取了写锁,或者写锁未被获取,则当前线程增加读状态(CAS 操作),成功获取读锁。
protected final boolean tryReleaseShared(int unused) { // 堆代码 duidaima.com Thread current = Thread.currentThread(); if (firstReader == current) { if (firstReaderHoldCount == 1) firstReader = null; else firstReaderHoldCount--; } else { HoldCounter rh = cachedHoldCounter; if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) rh = readHolds.get(); int count = rh.count; if (count <= 1) { readHolds.remove(); if (count <= 0) throw unmatchedUnlockException(); } --rh.count; } for (;;) { int c = getState(); int nextc = c - SHARED_UNIT; if (compareAndSetState(c, nextc)) return nextc == 0; } }根据当前线程是否首次获取读锁,分别减少读锁的获取计数;然后通过 CAS 操作来释放读锁,因为可能会有多个线程同时释放读锁。