深入浅出Java并发读写锁ReentrantReadWriteLock（读锁）-编程实验室

读锁详解

读锁的获取

看完了写锁，再来看看读锁，读锁不是独占式锁，即同一时刻该锁可以被多个读线程获取，也就是一种共享式锁。按照之前对 AQS 的介绍，实现共享式同步组件的同步语义需要通过重写 AQS 的 tryAcquireShared 方法和 tryReleaseShared 方法。读锁的获取实现方法为：

protected final int tryAcquireShared(int unused) { /* * Walkthrough: * 1. If write lock held by another thread, fail. * 2. Otherwise, this thread is eligible for * lock wrt state, so ask if it should block * because of queue policy. If not, try * to grant by CASing state and updating count. * Note that step does not check for reentrant * acquires, which is postponed to full version * to avoid having to check hold count in * the more typical non-reentrant case. * 3. If step 2 fails either because thread * apparently not eligible or CAS fails or count * saturated, chain to version with full retry loop. */ Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); //1. 如果写锁已经被获取并且获取写锁的线程不是当前线程的话，当前 // 线程获取读锁失败返回-1 if (exclusiveCount(c) != 0 && getExclusiveOwnerThread() != current) return -1; int r = sharedCount(c); if (!readerShouldBlock() && r < MAX_COUNT && //2. 当前线程获取读锁 compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) { //3. 下面的代码主要是新增的一些功能，比如getReadHoldCount()方法 //返回当前获取读锁的次数 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; } //4. 处理在第二步中CAS操作失败的自旋已经实现重入性 return fullTryAcquireShared(current); }

代码的逻辑请看注释，需要注意的是当写锁被其他线程获取后，读锁获取失败，否则获取成功，会利用 CAS 更新同步状态。

另外，当前同步状态需要加上 SHARED_UNIT（(1 << SHARED_SHIFT)，即 0x00010000）的原因，我们在上面也说过了，同步状态的高 16 位用来表示读锁被获取的次数。

如果 CAS 失败或者已经获取读锁的线程再次获取读锁时，是靠 fullTryAcquireShared 方法实现的。

读锁的释放

读锁释放的实现主要通过方法 tryReleaseShared，源码如下，主要逻辑请看注释：

protected final boolean tryReleaseShared(int unused) { Thread current = Thread.currentThread(); // 前面还是为了实现getReadHoldCount等新功能 if (firstReader == current) { // assert firstReaderHoldCount > 0; 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(); // 读锁释放 将同步状态减去读状态即可 int nextc = c - SHARED_UNIT; if (compareAndSetState(c, nextc)) // Releasing the read lock has no effect on readers, // but it may allow waiting writers to proceed if // both read and write locks are now free. return nextc == 0; } }

锁降级

读写锁支持锁降级，遵循按照获取写锁，获取读锁再释放写锁的次序，写锁能够降级成为读锁，不支持锁升级，关于锁降级，下面的示例代码摘自 ReentrantWriteReadLock 源码：

void processCachedData() { rwl.readLock().lock(); if (!cacheValid) { // Must release read lock before acquiring write lock rwl.readLock().unlock(); rwl.writeLock().lock(); try { // Recheck state because another thread might have // acquired write lock and changed state before we did. if (!cacheValid) { data = ... cacheValid = true; } // Downgrade by acquiring read lock before releasing write lock rwl.readLock().lock(); } finally { rwl.writeLock().unlock(); // Unlock write, still hold read } } try { use(data); } finally { rwl.readLock().unlock(); } }

这里的流程可以解释如下：

获取读锁：首先尝试获取读锁来检查某个缓存是否有效。
检查缓存：如果缓存无效，则需要释放读锁，因为在获取写锁之前必须释放读锁。
获取写锁：获取写锁以便更新缓存。此时，可能还需要重新检查缓存状态，因为在释放读锁和获取写锁之间可能有其他线程修改了状态。
更新缓存：如果确认缓存无效，更新缓存并将其标记为有效。
写锁降级为读锁：在释放写锁之前，获取读锁，从而实现写锁到读锁的降级。这样，在释放写锁后，其他线程可以并发读取，但不能写入。
使用数据：现在可以安全地使用缓存数据了。
释放读锁：完成操作后释放读锁。

这个流程结合了读锁和写锁的优点，确保了数据的一致性和可用性，同时允许在可能的情况下进行并发读取。使用读写锁的代码可能看起来比使用简单的互斥锁更复杂，但它提供了更精细的并发控制，可能会提高多线程应用程序的性能。

使用读写锁

ReentrantReadWriteLock 的使用非常简单，下面的代码展示了如何使用 ReentrantReadWriteLock 来实现一个线程安全的计数器：

public class Counter { private final ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock(); private final Lock r = rwl.readLock(); private final Lock w = rwl.writeLock(); private int count = 0; public int getCount() { r.lock(); try { return count; } finally { r.unlock(); } } public void inc() { w.lock(); try { count++; } finally { w.unlock(); } } }

当缓存无效时，会先释放读锁，然后获取写锁来更新缓存。一旦缓存被更新，就会进行写锁到读锁的降级，允许其他线程并发读取，但仍然排除写入。

这样的结构允许在确保数据一致性的同时，实现并发读取的优势，从而提高多线程环境下的性能。