简单分析线程获取ReentrantReadWriteLock 读锁的规则

1. 问题

最近有同事问了我一个问题，在Java编程中，当有一条线程要获取ReentrantReadWriteLock的读锁，此时已经有其他线程获得了读锁，AQS队列里也有线程在等待写锁。由于读锁是共享锁，当前线程是马上获得读锁，还是排队？如果是马上获得读锁，那岂不是阻塞的等待写锁的线程有可能一直（或长时间）拿不到写锁（写锁饥饿）？

带着这个问题，我打开读写锁的源码，来看一下JDK是怎么实现的。（注：读写锁指ReentrantReadWriteLock, 以下说到的读锁和写锁，都是指属于同一个读写锁的情况。读锁和共享锁，写锁和独占锁，在这里是同样的意思。如无特殊说明，提到的模式都是默认的非公平模式）

2. JUC万物皆有AQS

2.1 读锁的实现。

先来看看读锁的实现。持有一个AQS，所以说，JUC万物皆有AQS（大雾）。

顺便提一下写锁，写锁也是类似的实现，而且传入的是同一个读写锁，那么读锁和写锁，都拥有同一个AQS，这样才能实现互相阻塞。

读锁是共享模式。

2.2 tryAcquireShared(int arg)的实现。

熟悉AQS的同学就知道，共享锁的实现，AQS已经写好了流程。但留下了一个钩子，tryAcquireShared(int arg) 供各种场景实现。

那么我们就来看看，读写锁里面，共享锁（读锁）是怎么实现的。

step1. 红框一，如果当前已经有线程持有了独占锁（即写锁），且不是当前线程持有，那么无法重入，直接返回-1，获取共享锁失败。

step2. 如果step1的情况被排除，那么进行readerShouldBlock()的判断。在读写锁中，AQS有两种实现，公平和非公平模式，默认是非公平模式。

也就是说，上面所说的sync变量的实际类型，可以是公平模式，也可以是非公平模式。

因此，readerShouldBlock()也有公平和非公平两种不同的实现。

公平模式下，只要前面有阻塞排队的节点，就返回true，表示不能抢占。

非公平模式下，看看第一个等待的阻塞节点是不是独占式的，如果是，返回true，有可能不可以抢在人家前面（为什么是有可能？要考虑可重入的场景，下面分析）。这是为了避免写锁饥饿。

所以，如果readerShouldBlock()返回false，并且读锁获取的总次数不溢出，且CAS成功，说明获取共享锁成功，下面进入if块，设置一些变量，并将当前线程持有的该读锁的次数递增加1，返回成功标志。

看到这里，也许你会有疑惑，仅仅是因为CAS失败，就获取共享锁失败了吗？而且，ReentrantReadWriteLock是一个可重入锁，这里也没看到有重入的地方啊。

别急，如果step2失败，会进入step3，到第三个红框，进入fullTryAcquireShared(Thread current)方法。

2.3  final int fullTryAcquireShared(Thread current)

这个方法比较长，里面用了for(;;) 自旋CAS，为什么呢？因为CAS还是可能会失败啊……失败就得继续再尝试一把。

我就贴出for(;;) 里的代码，分为两段，第一段判断是否可以尝试获取锁（与上面类似，加了重入的判断），第二段CAS和成功后的一些操作。

先看第一段，判断是否可以尝试获取锁。

step1. 如果有线程持有独占锁，并且不是当前线程，返回失败标志-1。如果是当前线程，由于可重入的语义，通过了判断，直接跑到第二段代码了。说明在持有独占锁的情况下可以获取共享锁（锁降级）。

step2. 如果当前没有线程持有独占锁，那么再来看看熟悉的readerShouldBlock()。通过上面的分析我们知道，在公平模式下有节点在阻塞就得排队，在非公平模式下有可能不可以抢在人家前面。为什么是有可能？因为要考虑可重入的场景。

如果firstReader是当前线程，或者当前线程的cachedHoldCounter变量的count不为0（表示当前线程已经持有了该共享锁），均说明当前线程已经持有共享锁，此次获取共享锁是重入，这也是允许的，可以通过判断。

如果可以顺利通过上面两步判断，说明获取共享锁成功，下面开始熟悉的CAS。

失败了咋办？别忘记是自旋啊，外层是for(;;)，那就再来一发~~。当然还得再来一遍第一段的判断。

3. 结论

经过上面的分析，可以来回答我的同事的问题了。

在Java编程中，当有一条线程要获取ReentrantReadWriteLock的读锁，此时已经有其他线程获得了读锁，AQS队列里也有线程在等待写锁。由于读锁是共享锁，当前线程是马上获得读锁，还是排队？如果是马上获得读锁，那岂不是阻塞的等待写锁的线程有可能一直（或长时间）拿不到写锁（写锁饥饿）？

1.如果已经有线程持有独占锁

1.1 该线程不是当前线程，不用想了，乖乖排队；

1.2 该线程就是当前线程，重入，CAS获取共享锁；

2.如果没有线程持有独占锁，检查当前线程是否需要block(readerShouldBlock方法）。

block的判断，有两种模式，公平和非公平（默认模式）。如果不需要block, 必须满足：公平模式下，没有节点在AQS等待；非公平模式下，AQS第一个等待的节点不是独占式的；

2.1 不需要block，可以CAS获取共享锁；

2.2 需要block；

2.2.1 当前线程已经持有了共享锁，重入，还是可以CAS获取共享锁；

2.2.2 当前线程前没有已经持有共享锁，则获取失败，只能排队。

上面是根据代码逻辑整理的，可以换为更简洁的语言。

如果当前线程已经持有独占锁或共享锁（重入）或不需要block，则CAS获取共享锁；否则，排队。

readerShouldBlock()判断第一个节点是获取共享锁或独占锁，在不考虑重入的情况下，是什么意思呢？

1. 第一个节点是等待独占锁的场景，说明下一个就是它了，不能抢它的，抢不到；

2. 第一个节点是等待共享锁的场景，说明第一个节点，

2.1 在等待持有独占锁的线程释放独占锁，这种必然是抢不到的。

2.2 持有共享锁的线程还在唤醒后续节点的过程中，允许你去抢一下。当然，不意味着一定可以抢成功。

如果是2.2持有共享锁的线程在唤醒后续节点过程中，理论上是可能获取得到的。这种情况概率较小，我没重现过。

回到这个问题。当前线程并没有获取到写锁或读锁，不能重入；AQS中，第一个等待的大概率是想要获取独占锁的节点，必须block，所以当前线程只能排队，并不会出现阻塞的想获取写锁的节点一直拿不到写锁的情况；如果刚好没有完全唤醒，那么可能是可以抢占的。但也不会一直阻塞，因为唤醒节点获取读锁的过程是很快的。

总之，获取读锁的机制，记住这个结论就行。

如果当前线程已经持有独占锁或共享锁（重入）或不需要block，则CAS获取共享锁；否则，排队。

4. 举个栗子

第一个节点是独占锁的场景，不能抢占

 package com.khlin.my.test;

 import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

 public class RRWLockTest {

     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
         final ReentrantReadWriteLock LOCK = new ReentrantReadWriteLock();

         Thread reader1 = new Thread(new Runnable() {
             public void run() {
                 try {
                     LOCK.readLock().lock();
                     System.out.println("reader1 locked.");
                     Thread.sleep(3000L);
                     System.out.println("reader1 finished.");
                 } catch (InterruptedException e) {
                     e.printStackTrace();
                 } finally {
                     LOCK.readLock().unlock();
                 }
             }
         });

         Thread reader2 = new Thread(new Runnable() {
             public void run() {
                 try {
                     LOCK.readLock().lock();
                     System.out.println("reader2 locked.");
                     System.out.println("reader2 finished.");
                 } finally {
                     LOCK.readLock().unlock();
                 }
             }
         });

         Thread writer = new Thread(new Runnable() {
             public void run() {
                 try{
                     LOCK.writeLock().lock();
                     System.out.println("writer locked.");
                     System.out.println("writer finished.");
                 }finally {
                     LOCK.writeLock().unlock();
                 }
             }
         });
         reader1.start();
         Thread.sleep(1000L);
         writer.start();
         Thread.sleep(1000L);
         reader2.start();
     }
 }

reader1获取了读锁，正在执行，随后writer来获取写锁，失败，入队等待。reader2由于writer正在等待（通过readerShouldBlock判断），无法获取读锁，入队，等待。输出如下：