ReadWriteLock 和 ReentrantReadWriteLock介绍

ReadWriteLock，顾名思义，是读写锁。它维护了一对相关的锁 — — “读取锁”和“写入锁”，一个用于读取操作，另一个用于写入操作。

“读取锁”用于只读操作，它是“共享锁”，能同时被多个线程获取。

“写入锁”用于写入操作，它是“独占锁”，写入锁只能被一个线程锁获取。

注意：不能同时存在读取锁和写入锁！可以"读/读"，但不能"读/写"、"写/写"。

ReadWriteLock是一个接口。ReentrantReadWriteLock是它的实现类，ReentrantReadWriteLock包括子类ReadLock和WriteLock。

 

ReadWriteLock 和 ReentrantReadWriteLock函数列表

ReadWriteLock函数列表

// 返回用于读取操作的锁。Lock readLock()// 返回用于写入操作的锁。Lock writeLock()

 

ReentrantReadWriteLock函数列表

// 创建一个新的 ReentrantReadWriteLock，默认是采用“非公平策略”。ReentrantReadWriteLock()// 创建一个新的 ReentrantReadWriteLock，fair是“公平策略”。fair为true，意味着公平策略；否则，意味着非公平策略。ReentrantReadWriteLock(boolean fair)// 返回当前拥有写入锁的线程，如果没有这样的线程，则返回 null。protected Thread getOwner()// 返回一个 collection，它包含可能正在等待获取读取锁的线程。protected Collection
     
       getQueuedReaderThreads()// 返回一个 collection，它包含可能正在等待获取读取或写入锁的线程。protected Collection
      
        getQueuedThreads()// 返回一个 collection，它包含可能正在等待获取写入锁的线程。protected Collection
       
         getQueuedWriterThreads()// 返回等待获取读取或写入锁的线程估计数目。int getQueueLength()// 查询当前线程在此锁上保持的重入读取锁数量。int getReadHoldCount()// 查询为此锁保持的读取锁数量。int getReadLockCount()// 返回一个 collection，它包含可能正在等待与写入锁相关的给定条件的那些线程。protected Collection
        
          getWaitingThreads(Condition condition)// 返回正等待与写入锁相关的给定条件的线程估计数目。int getWaitQueueLength(Condition condition)// 查询当前线程在此锁上保持的重入写入锁数量。int getWriteHoldCount()// 查询是否给定线程正在等待获取读取或写入锁。boolean hasQueuedThread(Thread thread)// 查询是否所有的线程正在等待获取读取或写入锁。boolean hasQueuedThreads()// 查询是否有些线程正在等待与写入锁有关的给定条件。boolean hasWaiters(Condition condition)// 如果此锁将公平性设置为 ture，则返回 true。boolean isFair()// 查询是否某个线程保持了写入锁。boolean isWriteLocked()// 查询当前线程是否保持了写入锁。boolean isWriteLockedByCurrentThread()// 返回用于读取操作的锁。ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock()// 返回用于写入操作的锁。ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock()
        
       
      
     

 

ReentrantReadWriteLock数据结构

ReentrantReadWriteLock的UML类图如下：

从中可以看出：

(01) ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。ReadWriteLock是一个读写锁的接口，提供了"获取读锁的readLock()函数" 和 "获取写锁的writeLock()函数"。

(02) ReentrantReadWriteLock中包含：sync对象，读锁readerLock和写锁writerLock。读锁ReadLock和写锁WriteLock都实现了Lock接口。读锁ReadLock和写锁WriteLock中也都分别包含了"Sync对象"，它们的Sync对象和ReentrantReadWriteLock的Sync对象 是一样的，就是通过sync，读锁和写锁实现了对同一个对象的访问。

(03) 和"ReentrantLock"一样，sync是Sync类型；而且，Sync也是一个继承于AQS的抽象类。Sync也包括"公平锁"FairSync和"非公平锁"NonfairSync。sync对象是"FairSync"和"NonfairSync"中的一个，默认是"NonfairSync"。

 

参考代码(基于JDK1.7.0_40)

ReentrantReadWriteLock的完整源码

 

 

AQS的完整源码

 

 

其中，共享锁源码相关的代码如下：

public static class ReadLock implements Lock, java.io.Serializable {    private static final long serialVersionUID = -5992448646407690164L;    // ReentrantReadWriteLock的AQS对象    private final Sync sync;    protected ReadLock(ReentrantReadWriteLock lock) {        sync = lock.sync;    }    // 获取“共享锁”    public void lock() {        sync.acquireShared(1);    }    // 如果线程是中断状态，则抛出一场，否则尝试获取共享锁。    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {        sync.acquireSharedInterruptibly(1);    }    // 尝试获取“共享锁”    public  boolean tryLock() {        return sync.tryReadLock();    }    // 在指定时间内，尝试获取“共享锁”    public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)            throws InterruptedException {        return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));    }    // 释放“共享锁”    public  void unlock() {        sync.releaseShared(1);    }    // 新建条件    public Condition newCondition() {        throw new UnsupportedOperationException();    }    public String toString() {        int r = sync.getReadLockCount();        return super.toString() +            "[Read locks = " + r + "]";    }}

说明：

ReadLock中的sync是一个Sync对象，Sync继承于AQS类，即Sync就是一个锁。ReentrantReadWriteLock中也有一个Sync对象，而且ReadLock中的sync和ReentrantReadWriteLock中的sync是对应关系。即ReentrantReadWriteLock和ReadLock共享同一个AQS对象，共享同一把锁。

ReentrantReadWriteLock中Sync的定义如下：

final Sync sync;

下面，分别从“获取共享锁”和“释放共享锁”两个方面对共享锁进行说明。

 

获取共享锁

获取共享锁的思想(即lock函数的步骤)，是先通过tryAcquireShared()尝试获取共享锁。尝试成功的话，则直接返回；尝试失败的话，则通过doAcquireShared()不断的循环并尝试获取锁，若有需要，则阻塞等待。doAcquireShared()在循环中每次尝试获取锁时，都是通过tryAcquireShared()来进行尝试的。下面看看“获取共享锁”的详细流程。

1. lock()

lock()在ReadLock中，源码如下：

public void lock() {    sync.acquireShared(1);}

 

2. acquireShared()

Sync继承于AQS，acquireShared()定义在AQS中。源码如下：

public final void acquireShared(int arg) {    if (tryAcquireShared(arg) < 0)        doAcquireShared(arg);}

说明：acquireShared()首先会通过tryAcquireShared()来尝试获取锁。

尝试成功的话，则不再做任何动作(因为已经成功获取到锁了)。

尝试失败的话，则通过doAcquireShared()来获取锁。doAcquireShared()会获取到锁了才返回。

 

3. tryAcquireShared()

tryAcquireShared()定义在ReentrantReadWriteLock.java的Sync中，源码如下：

protected final int tryAcquireShared(int unused) {    Thread current = Thread.currentThread();    // 获取“锁”的状态    int c = getState();    // 如果“锁”是“互斥锁”，并且获取锁的线程不是current线程；则返回-1。    if (exclusiveCount(c) != 0 &&        getExclusiveOwnerThread() != current)        return -1;    // 获取“读取锁”的共享计数    int r = sharedCount(c);    // 如果“不需要阻塞等待”，并且“读取锁”的共享计数小于MAX_COUNT；    // 则通过CAS函数更新“锁的状态”，将“读取锁”的共享计数+1。    if (!readerShouldBlock() &&        r < MAX_COUNT &&        compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {        // 第1次获取“读取锁”。        if (r == 0) {             firstReader = current;            firstReaderHoldCount = 1;        // 如果想要获取锁的线程(current)是第1个获取锁(firstReader)的线程        } else if (firstReader == current) {             firstReaderHoldCount++;        } else {            // HoldCounter是用来统计该线程获取“读取锁”的次数。            HoldCounter rh = cachedHoldCounter;            if (rh == null || rh.tid != current.getId())                cachedHoldCounter = rh = readHolds.get();            else if (rh.count == 0)                readHolds.set(rh);            // 将该线程获取“读取锁”的次数+1。            rh.count++;        }        return 1;    }    return fullTryAcquireShared(current);}

说明：tryAcquireShared()的作用是尝试获取“共享锁”。

如果在尝试获取锁时，“不需要阻塞等待”并且“读取锁的共享计数小于MAX_COUNT”，则直接通过CAS函数更新“读取锁的共享计数”，以及将“当前线程获取读取锁的次数+1”。

否则，通过fullTryAcquireShared()获取读取锁。

 

4. fullTryAcquireShared()

fullTryAcquireShared()在ReentrantReadWriteLock中定义，源码如下：

final int fullTryAcquireShared(Thread current) {    HoldCounter rh = null;    for (;;) {        // 获取“锁”的状态        int c = getState();        // 如果“锁”是“互斥锁”，并且获取锁的线程不是current线程；则返回-1。        if (exclusiveCount(c) != 0) {            if (getExclusiveOwnerThread() != current)                return -1;        // 如果“需要阻塞等待”。        // (01) 当“需要阻塞等待”的线程是第1个获取锁的线程的话，则继续往下执行。        // (02) 当“需要阻塞等待”的线程获取锁的次数=0时，则返回-1。        } else if (readerShouldBlock()) {            // 如果想要获取锁的线程(current)是第1个获取锁(firstReader)的线程            if (firstReader == current) {            } else {                if (rh == null) {                    rh = cachedHoldCounter;                    if (rh == null || rh.tid != current.getId()) {                        rh = readHolds.get();                        if (rh.count == 0)                            readHolds.remove();                    }                }                // 如果当前线程获取锁的计数=0,则返回-1。                if (rh.count == 0)                    return -1;            }        }        // 如果“不需要阻塞等待”，则获取“读取锁”的共享统计数；        // 如果共享统计数超过MAX_COUNT，则抛出异常。        if (sharedCount(c) == MAX_COUNT)            throw new Error("Maximum lock count exceeded");        // 将线程获取“读取锁”的次数+1。        if (compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {            // 如果是第1次获取“读取锁”，则更新firstReader和firstReaderHoldCount。            if (sharedCount(c) == 0) {                firstReader = current;                firstReaderHoldCount = 1;            // 如果想要获取锁的线程(current)是第1个获取锁(firstReader)的线程，            // 则将firstReaderHoldCount+1。            } else if (firstReader == current) {                firstReaderHoldCount++;            } else {                if (rh == null)                    rh = cachedHoldCounter;                if (rh == null || rh.tid != current.getId())                    rh = readHolds.get();                else if (rh.count == 0)                    readHolds.set(rh);                // 更新线程的获取“读取锁”的共享计数                rh.count++;                cachedHoldCounter = rh; // cache for release            }            return 1;        }    }}

说明：fullTryAcquireShared()会根据“是否需要阻塞等待”，“读取锁的共享计数是否超过限制”等等进行处理。如果不需要阻塞等待，并且锁的共享计数没有超过限制，则通过CAS尝试获取锁，并返回1。

 

5. doAcquireShared()

doAcquireShared()定义在AQS函数中，源码如下：

private void doAcquireShared(int arg) {    // addWaiter(Node.SHARED)的作用是，创建“当前线程”对应的节点，并将该线程添加到CLH队列中。    final Node node = addWaiter(Node.SHARED);    boolean failed = true;    try {        boolean interrupted = false;        for (;;) {            // 获取“node”的前一节点            final Node p = node.predecessor();            // 如果“当前线程”是CLH队列的表头，则尝试获取共享锁。            if (p == head) {                int r = tryAcquireShared(arg);                if (r >= 0) {                    setHeadAndPropagate(node, r);                    p.next = null; // help GC                    if (interrupted)                        selfInterrupt();                    failed = false;                    return;                }            }            // 如果“当前线程”不是CLH队列的表头，则通过shouldParkAfterFailedAcquire()判断是否需要等待，            // 需要的话，则通过parkAndCheckInterrupt()进行阻塞等待。若阻塞等待过程中，线程被中断过，则设置interrupted为true。            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&                parkAndCheckInterrupt())                interrupted = true;        }    } finally {        if (failed)            cancelAcquire(node);    }}

说明：doAcquireShared()的作用是获取共享锁。

它会首先创建线程对应的CLH队列的节点，然后将该节点添加到CLH队列中。CLH队列是管理获取锁的等待线程的队列。

如果“当前线程”是CLH队列的表头，则尝试获取共享锁；否则，则需要通过shouldParkAfterFailedAcquire()判断是否阻塞等待，需要的话，则通过parkAndCheckInterrupt()进行阻塞等待。

doAcquireShared()会通过for循环，不断的进行上面的操作；目的就是获取共享锁。需要注意的是：doAcquireShared()在每一次尝试获取锁时，是通过tryAcquireShared()来执行的！

shouldParkAfterFailedAcquire(), parkAndCheckInterrupt()等函数已经在“ ”中详细介绍过，这里就不再重复说明了。

 

释放共享锁

释放共享锁的思想，是先通过tryReleaseShared()尝试释放共享锁。尝试成功的话，则通过doReleaseShared()唤醒“其他等待获取共享锁的线程”，并返回true；否则的话，返回flase。

1. unlock()

public  void unlock() {    sync.releaseShared(1);}

说明：该函数实际上调用releaseShared(1)释放共享锁。

 

2. releaseShared()

releaseShared()在AQS中实现，源码如下：

public final boolean releaseShared(int arg) {    if (tryReleaseShared(arg)) {        doReleaseShared();        return true;    }    return false;}

说明：releaseShared()的目的是让当前线程释放它所持有的共享锁。

它首先会通过tryReleaseShared()去尝试释放共享锁。尝试成功，则直接返回；尝试失败，则通过doReleaseShared()去释放共享锁。

 

3. tryReleaseShared()

tryReleaseShared()定义在ReentrantReadWriteLock中，源码如下：

protected final boolean tryReleaseShared(int unused) {    // 获取当前线程，即释放共享锁的线程。    Thread current = Thread.currentThread();    // 如果想要释放锁的线程(current)是第1个获取锁(firstReader)的线程，    // 并且“第1个获取锁的线程获取锁的次数”=1，则设置firstReader为null；    // 否则，将“第1个获取锁的线程的获取次数”-1。    if (firstReader == current) {        // assert firstReaderHoldCount > 0;        if (firstReaderHoldCount == 1)            firstReader = null;        else            firstReaderHoldCount--;    // 获取rh对象，并更新“当前线程获取锁的信息”。    } else {         HoldCounter rh = cachedHoldCounter;        if (rh == null || rh.tid != current.getId())            rh = readHolds.get();        int count = rh.count;        if (count <= 1) {            readHolds.remove();            if (count <= 0)                throw unmatchedUnlockException();        }        --rh.count;    }    for (;;) {        // 获取锁的状态        int c = getState();        // 将锁的获取次数-1。        int nextc = c - SHARED_UNIT;        // 通过CAS更新锁的状态。        if (compareAndSetState(c, nextc))            return nextc == 0;    }}

说明：tryReleaseShared()的作用是尝试释放共享锁。

 

4. doReleaseShared()

doReleaseShared()定义在AQS中，源码如下：

private void doReleaseShared() {    for (;;) {        // 获取CLH队列的头节点        Node h = head;        // 如果头节点不为null，并且头节点不等于tail节点。        if (h != null && h != tail) {            // 获取头节点对应的线程的状态            int ws = h.waitStatus;            // 如果头节点对应的线程是SIGNAL状态，则意味着“头节点的下一个节点所对应的线程”需要被unpark唤醒。            if (ws == Node.SIGNAL) {                // 设置“头节点对应的线程状态”为空状态。失败的话，则继续循环。                if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))                    continue;                // 唤醒“头节点的下一个节点所对应的线程”。                unparkSuccessor(h);            }            // 如果头节点对应的线程是空状态，则设置“文件点对应的线程所拥有的共享锁”为其它线程获取锁的空状态。            else if (ws == 0 &&                     !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))                continue;                // loop on failed CAS        }        // 如果头节点发生变化，则继续循环。否则，退出循环。        if (h == head)                   // loop if head changed            break;    }}

说明：doReleaseShared()会释放“共享锁”。它会从前往后的遍历CLH队列，依次“唤醒”然后“执行”队列中每个节点对应的线程；最终的目的是让这些线程释放它们所持有的锁。

 

公平共享锁和非公平共享锁

和互斥锁ReentrantLock一样，ReadLock也分为公平锁和非公平锁。

公平锁和非公平锁的区别，体现在判断是否需要阻塞的函数readerShouldBlock()是不同的。

公平锁的readerShouldBlock()的源码如下：

final boolean readerShouldBlock() {    return hasQueuedPredecessors();}

 

在公平共享锁中，如果在当前线程的前面有其他线程在等待获取共享锁，则返回true；否则，返回false。

非公平锁的readerShouldBlock()的源码如下：

final boolean readerShouldBlock() {    return apparentlyFirstQueuedIsExclusive();}

在非公平共享锁中，它会无视当前线程的前面是否有其他线程在等待获取共享锁。只要该非公平共享锁对应的线程不为null，则返回true。

 

ReentrantReadWriteLock示例

package lock.demo9;import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;public class ReadWriteLockTest1 {    public static void main(String[] args) {        // 创建账户        MyCount myCount = new MyCount("4238920615242830", 10000);        // 创建用户，并指定账户        User user = new User("Tommy", myCount);        // 分别启动3个“读取账户金钱”的线程 和 3个“设置账户金钱”的线程        for (int i = 0; i < 3; i++) {            user.getCash();            user.setCash((i + 1) * 1000);        }    }}class User {    private String name; // 用户名    private MyCount myCount; // 所要操作的账户    private ReadWriteLock myLock; // 执行操作所需的锁对象    User(String name, MyCount myCount) {        this.name = name;        this.myCount = myCount;        this.myLock = new ReentrantReadWriteLock();    }    public void getCash() {        new Thread() {            public void run() {                myLock.readLock().lock();                try {                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " getCash start");                    myCount.getCash();                    Thread.sleep(1);                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " getCash end");                } catch (InterruptedException e) {                } finally {                    myLock.readLock().unlock();                }            }        }.start();    }    public void setCash(final int cash) {        new Thread() {            public void run() {                myLock.writeLock().lock();                try {                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " setCash start");                    myCount.setCash(cash);                    Thread.sleep(1);                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " setCash end");                } catch (InterruptedException e) {                } finally {                    myLock.writeLock().unlock();                }            }        }.start();    }}class MyCount {    private String id; // 账号    private int cash; // 账户余额    MyCount(String id, int cash) {        this.id = id;        this.cash = cash;    }    public String getId() {        return id;    }    public void setId(String id) {        this.id = id;    }    public int getCash() {        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " getCash cash=" + cash);        return cash;    }    public void setCash(int cash) {        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " setCash cash=" + cash);        this.cash = cash;    }}

运行结果：

Thread-0 getCash startThread-2 getCash startThread-0 getCash cash=10000Thread-2 getCash cash=10000Thread-0 getCash endThread-2 getCash endThread-1 setCash startThread-1 setCash cash=1000Thread-1 setCash endThread-3 setCash startThread-3 setCash cash=2000Thread-3 setCash endThread-4 getCash startThread-4 getCash cash=2000Thread-4 getCash endThread-5 setCash startThread-5 setCash cash=3000Thread-5 setCash end

结果说明：

(01) 观察Thread0和Thread-2的运行结果，我们发现，Thread-0启动并获取到“读取锁”，在它还没运行完毕的时候，Thread-2也启动了并且也成功获取到“读取锁”。

因此，“读取锁”支持被多个线程同时获取。

(02) 观察Thread-1,Thread-3,Thread-5这三个“写入锁”的线程。只要“写入锁”被某线程获取，则该线程运行完毕了，才释放该锁。

因此，“写入锁”不支持被多个线程同时获取。