读写锁ReentrantReadWriteLock

2023-07-03 11:48:51   2  举报

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读写锁ReentrantReadWriteLock入门底层原理

java

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大纲/内容

读写锁：在对共享资源读多写少的场景下，读写锁有着比ReentrantLock更快的速度

ReentrantReadWriteLock

线程进入读锁的前提条件：

没有其他线程的写锁

没有写请求或者有写请求，但是调用线程和持有写锁的线程是同一个

线程进入写锁的前提条件：

没有其他线程的读锁

没有其他线程的写锁

应用场景：

读多写少：ReentrantReadWriteLock适用于读操作比写操作多的场景

缓存：ReentrantLockReadWriteLock实现缓存不仅可以有效的处理的大量的读操作，同时也能保证缓存数据的一致性

读写锁的三个重要的特性：

公平选择性：支持非公平（默认）和公平锁的获取方式，吞吐量还是非公平优于公平

可重入：读锁和写锁都支持线程重入，读线程获取读锁之后，能够再次获取读锁。写线程在获取写锁之后能够再次获取写锁，同时也能获取读锁

锁降级：遵循获取写锁，再获取读锁最后释放写锁的次序，写锁能够降级成为读锁

读写锁的设计思路

读写状态的设计：如何使用一个变量维护多种状态

想用AQS的state变量来同时表示读和写的状态可以将变量按位切割使用，高16位表示读。低16位表示写

写状态：等于S&0x0000FFFF（将16位全部抹去）。当写状态加一，等于S+1

读状态：等于是>>>16(无符号补0 右移16位) 当读状态加1，等于S+（1<<<16）

根据状态判断：S不等于0时，当写状态（S&0x0000FFFF）等于0时，则读状态（S>>>16）大于0，及读锁被获取

HoldCounter计数器

读锁的内在机制是一个共享锁，一次共享锁的操作就相当于对HoldCounter计数器的操作，获取共享锁则技术器加一，释放共享锁则减一。只有当线程获取共享锁后才能对共享锁进行释放，重入操作。

通过ThreadLocalHoldCounter类，HoldCounter与线程进行绑定。HoldCounter是绑定线程的一个计数器，而ThreadLocalHoldCounter则是线程绑定的ThreadLocal

HoldCounter是用来记录读锁重入数的对象。

ThreadLocalHoldCounter是ThreadLocal 的变量，用来存放不是第一个获取读锁的线程的其他线程的读锁重入对象

StampedLock介绍

ReentrantReadWriteLock的读锁是悲观锁，如果有线程正在读，写线程需要等待读线程释放锁后才能获取锁。

与ReentrantReadWriteLock相比，改进之处在于：读的过程中也允许获取写锁后写入！增加了乐观读的模式（Optimistic Reading）。这个模式不会加锁，不会阻塞线程，会有更高的吞吐量和更高的性能

StampLock的三种访问模式：

Writing(独占写锁)：writeLock方法会使线程阻塞等待独占访问，同一时刻只有一个写线程获取锁资源

Reading（悲观读锁）：readLock方法，允许多个线程同时获取悲观读锁，悲观读锁与独占写锁互斥，与乐观读共享

Optimistic Reading(乐观读)：乐观读没有加锁，不会阻塞，仅仅在当前未处于Writing模式TryOotimistic才会返回非0 的Stamp，如果在获取乐观读之后没有出现写模式线程获取锁，则在方法validate返回true，允许多个线程获取乐观锁以及读锁，同时允许一个写线程获取写锁。

使用场景和注意事项：

StampedLock写锁是不可重入的，同一个线程重复获取写锁会死锁

悲观读和写锁都不支持条件变量Condition

如果线程阻塞在 StampedLock 的 readLock() 或者 writeLock() 上时，此时调用该阻塞线程的 interrupt() 方法，会导致 CPU 飙升。所以，使用 StampedLock 一定不要调用中断操作，如果需要支持中断功能，一定使用可中断的悲观读锁 readLockInterruptibly() 和写锁 writeLockInterruptibly()。