ReentrantReadWriteLock读写锁

概述

​ ReentrantReadWriteLock是Lock的另一种实现方式，我们已经知道了ReentrantLock是一个排他锁，同一时间只允许一个线程访问，而ReentrantReadWriteLock允许多个读线程同时访问，但不允许写线程和读线程、写线程和写线程同时访问。相对于排他锁，提高了并发性。在实际应用中，大部分情况下对共享数据（如缓存）的访问都是读操作远多于写操作，这时ReentrantReadWriteLock能够提供比排他锁更好的并发性和吞吐量。

​ 读写锁内部维护了两个锁，一个用于读操作，一个用于写操作。所有 ReadWriteLock实现都必须保证 writeLock操作的内存同步效果也要保持与相关 readLock的联系。也就是说，成功获取读锁的线程会看到写入锁之前版本所做的所有更新。

ReentrantReadWriteLock支持以下功能：

1. 支持公平与非公平的获取锁方式。
2. 支持可重入，读线程获取读锁后还可以获取读锁，但是不能获取写锁；写线程获取写锁后既可以再次获取写锁还可以获取读锁。
3. 允许从写锁降级为读锁，其实现方式是：先获取写锁，然后获取读锁，最后释放写锁。但是，从读锁升级到写锁是不可以的；
4. 读取锁和写入锁都支持锁获取期间的中断；
5. Condition支持。仅写入锁提供了一个 Conditon 实现；读取锁不支持 Conditon ，readLock().newCondition() 会抛出 UnsupportedOperationException。

使用场景

示例一：利用重入执行升级缓存后的锁降级

在缓存有效的情况下，支持并发读。缓存失效，只允许独占写。

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class HibernateCache {

    /* 定义一个Map来模拟缓存 */
    private Map<String, Object> cache = new HashMap<String, Object>();

    /* 创建一个读写锁 */
    private ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();

    /**
     * 模拟Hibernate缓存,优先缓存，若缓存不存在写锁更新
     *
     * @param key
     * @return
     */
    public Object getData(String key) {

        /* 上读锁 */
        rwLock.readLock().lock();
        /* 定义从缓存中读取的对象 */
        Object value = null;

        try {
            /* 从缓存中读取数据 */
            value = cache.get(key);

            if (value == null) {
                /* 如果缓存中没有数据，我们就把读锁关闭，直接上写锁【让一个线程去数据库中取数据】 */
                rwLock.readLock().unlock();
                /* 上写锁 */
                rwLock.writeLock().lock();

                try {
                    /* 上了写锁之后再判断一次【我们只让一个线程去数据库中取值即可，当第二个线程过来的时候，发现value不为空了就去缓存中取值】 */
                    if (value == null) {
                        /* 模拟去数据库中取值 */
                        value = "hello";
                        System.out.println("修改换缓存");
                        cache.put(key, value);
                    }
                } finally {
                    /* 写完之后把写锁关闭 */
                    rwLock.writeLock().unlock();
                }
                /* 缓存中已经有了数据，我们再把已经 关闭的读锁打开 */
                rwLock.readLock().lock();
            }
            return value;

        } finally {
            /* 最后把读锁也关闭 */
            rwLock.readLock().unlock();
        }

    }

    public Map<String, Object> getCache() {
        return cache;
    }

    public void setCache(Map<String, Object> cache) {
        this.cache = cache;
    }
}

示例二：高并发读写共享数据

当一份共享数据只能一个西安测绘给你写数据，可以多个线程读数据。可以选择读写锁，支持并发读，独占写，提高并发。

代码如下：

import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class ReadWrite {

    private ReadWrite() {
    }

    private static class singleFactory {
        private static final ReadWrite INSTANCE = new ReadWrite();
    }

    public static ReadWrite getInstance() {
        return singleFactory.INSTANCE;
    }

    /* 共享数据，只能一个线程写数据，可以多个线程读数据 */
    private Object data = null;
    /* 创建一个读写锁 */
    ReadWriteLock rwlock = new ReentrantReadWriteLock();

    /**
     * 读数据，可以多个线程同时读， 所以上读锁即可
     */
    public void get() {
        /* 上读锁 */
        rwlock.readLock().lock();

        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 准备读数据!");
            /* 休眠 */
            Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读出的数据为 :" + data);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            rwlock.readLock().unlock();
        }

    }

    /**
     * 写数据，多个线程不能同时 写 所以必须上写锁
     *
     * @param data
     */
    public void put(Object data) {

        /* 上写锁 */
        rwlock.writeLock().lock();

        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 准备写数据!");
            /* 休眠 */
            Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));
            this.data = data;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 写入的数据: " + data);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            rwlock.writeLock().unlock();
        }
    }
}

单元测试

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        ReadWrite readWrite = ReadWrite.getInstance();

        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            /* 创建并启动8个读线程 */
            new Thread(() -> readWrite.get()).start();

            /*创建8个写线程*/
            new Thread(() -> readWrite.put(new Random().nextInt(8))).start();
        }
    }

}

运行结果：

Thread-0读出的数据为 :null
Thread-1 准备写数据!
Thread-1 写入的数据: 6
Thread-3 准备写数据!
Thread-3 写入的数据: 4
Thread-4 准备读数据!
Thread-2 准备读数据!
Thread-2读出的数据为 :4
Thread-4读出的数据为 :4
Thread-5 准备写数据!
Thread-5 写入的数据: 1
Thread-6 准备读数据!
Thread-6读出的数据为 :1
Thread-7 准备写数据!
Thread-7 写入的数据: 6
Thread-8 准备读数据!
Thread-8读出的数据为 :6
Thread-9 准备写数据!
Thread-9 写入的数据: 4
Thread-10 准备读数据!
Thread-10读出的数据为 :4
Thread-11 准备写数据!
Thread-11 写入的数据: 4
Thread-12 准备读数据!
Thread-12读出的数据为 :4
Thread-13 准备写数据!
Thread-13 写入的数据: 6
Thread-14 准备读数据!
Thread-14读出的数据为 :6
Thread-15 准备写数据!
Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:55431', transport: 'socket'
Thread-15 写入的数据: 0

这里会有一个规律：获取了写锁后数据必须从准备写数据到写入数据一气呵成，也就是原子操作，线程独占。

而读锁的情况下可有多个线程准备读，多个线程同时读出数据。

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