读写锁ReentrantReadWriteLock概述

大型网站中很重要的一块内容就是数据的读写,ReentrantLock虽然具有完全互斥排他的效果(即同一时间只有一个线程正在执行lock后面的任务),但是效率非常低。所以在JDK中提供了一种读写锁ReentrantReadWriteLock,使用它可以加快运行效率。

读写锁表示两个锁,一个是读操作相关的锁,称为共享锁;另一个是写操作相关的锁,称为排他锁。我把这两个操作理解为三句话:

1、读和读之间不互斥,因为读操作不会有线程安全问题

2、写和写之间互斥,避免一个写操作影响另外一个写操作,引发线程安全问题

3、读和写之间互斥,避免读操作的时候写操作修改了内容,引发线程安全问题

总结起来就是,多个Thread可以同时进行读取操作,但是同一时刻只允许一个Thread进行写入操作

读和读共享

先证明一下第一句话"读和读之间不互斥",举一个简单的例子:

public class ThreadDomain48 extends ReentrantReadWriteLock
{
public void read()
{
try
{
readLock().lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了读锁, 时间为" +
System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(10000);
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
finally
{
readLock().unlock();
}
}
}
public static void main(String[] args)
{
final ThreadDomain48 td = new ThreadDomain48();
Runnable readRunnable = new Runnable()
{
public void run()
{
td.read();
}
};
Thread t0 = new Thread(readRunnable);
Thread t1 = new Thread(readRunnable);
t0.start();
t1.start();
}

看一下运行结果:

Thread-0获得了读锁, 时间为1444019668424
Thread-1获得了读锁, 时间为1444019668424

尽管方法加了锁,还休眠了10秒,但是两个线程还是几乎同时执行lock()方法后面的代码,看时间就知道了。说明lock.readLock()读锁可以提高程序运行效率,允许多个线程同时执行lock()方法后面的代码

写和写互斥

再证明一下第二句话"写和写之间互斥",类似的证明方法:

public class ThreadDomain48 extends ReentrantReadWriteLock
{
public void write()
{
try
{
writeLock().lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了写锁, 时间为" +
System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(10000);
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
finally
{
writeLock().unlock();
}
}
}
public static void main(String[] args)
{
final ThreadDomain48 td = new ThreadDomain48();
Runnable readRunnable = new Runnable()
{
public void run()
{
td.write();
}
};
Thread t0 = new Thread(readRunnable);
Thread t1 = new Thread(readRunnable);
t0.start();
t1.start();
}

看一下运行结果:

Thread-0获得了写锁, 时间为1444021393325
Thread-1获得了写锁, 时间为1444021403325

从时间上就可以看出来,10000ms即10s,和代码里一致,证明了读和读之间是互斥的

读和写互斥

最后证明一下第三句话"读和写之间互斥",证明方法无非是把上面二者结合起来而已,看一下:

public class ThreadDomain48 extends ReentrantReadWriteLock
{
public void write()
{
try
{
writeLock().lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了写锁, 时间为" +
System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(10000);
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
finally
{
writeLock().unlock();
}
} public void read()
{
try
{
readLock().lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了读锁, 时间为" +
System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(10000);
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
finally
{
readLock().unlock();
}
}
}
public static void main(String[] args)
{
final ThreadDomain48 td = new ThreadDomain48();
Runnable readRunnable = new Runnable()
{
public void run()
{
td.read();
}
};
Runnable writeRunnable = new Runnable()
{
public void run()
{
td.write();
}
};
Thread t0 = new Thread(readRunnable);
Thread t1 = new Thread(writeRunnable);
t0.start();
t1.start();
}

看一下运行结果:

Thread-0获得了读锁, 时间为1444021679203
Thread-1获得了写锁, 时间为1444021689204

从时间上看,也是10000ms即10s,和代码里面是一致的,证明了读和写之间是互斥的。注意一下,"读和写互斥"和"写和读互斥"是两种不同的场景,但是证明方式和结论是一致的,所以就不证明了。

synchronized和ReentrantLock的对比

到现在,看到多线程中,锁定的方式有2种:synchronized和ReentrantLock。两种锁定方式各有优劣,下面简单对比一下:

1、synchronized是关键字,就和if...else...一样,是语法层面的实现,因此synchronized获取锁以及释放锁都是Java虚拟机帮助用户完成的;ReentrantLock是类层面的实现,因此锁的获取以及锁的释放都需要用户自己去操作。特别再次提醒,ReentrantLock在lock()完了,一定要手动unlock()

2、synchronized简单,简单意味着不灵活,而ReentrantLock的锁机制给用户的使用提供了极大的灵活性。这点在Hashtable和ConcurrentHashMap中体现得淋漓尽致。synchronized一锁就锁整个Hash表,而ConcurrentHashMap则利用ReentrantLock实现了锁分离,锁的知识segment而不是整个Hash表

3、synchronized是不公平锁,而ReentrantLock可以指定锁是公平的还是非公平的

4、synchronized实现等待/通知机制通知的线程是随机的,ReentrantLock实现等待/通知机制可以有选择性地通知

5、和synchronized相比,ReentrantLock提供给用户多种方法用于锁信息的获取,比如可以知道lock是否被当前线程获取、lock被同一个线程调用了几次、lock是否被任意线程获取等等

6. ReentrantLock的某些方法可以决定多长时间内尝试获取锁,如果获取不到就抛异常,这样就可以一定程度上减轻死锁的可能性,如果锁被另一个线程占据了,synchronized只会一直等待,很容易错序死锁

7.synchronized的话,锁的范围是整个方法或synchronized块部分;而Lock因为是方法调用,可以跨方法,灵活性更大

总结起来,我认为如果只需要锁定简单的方法、简单的代码块,那么考虑使用synchronized,复杂的多线程处理场景下可以考虑使用ReentrantLock。当然这只是建议性地,还是要具体场景具体分析的。

最后,查看了很多资料,JDK1.5版本只有由于对synchronized做了诸多优化,效率上synchronized和ReentrantLock应该是差不多。


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