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ReentrantReadWriteLock:深度解析与源码探险

时间:2024-06-15 15:34:18浏览次数:10  
标签:WriteLock ReentrantReadWriteLock 写锁 探险 获取 读锁 源码 线程 ReadLock

1. 概述

ReentrantReadWriteLock是Java并发包java.util.concurrent.locks中的一个重要类,它提供了可重入的读写锁功能。与传统的互斥锁(如synchronizedReentrantLock)不同,ReentrantReadWriteLock允许多个线程同时读取共享资源,但在写入时则要求独占锁。这种设计显著提高了在读写操作频繁的场景下的并发性能。


2. 类结构与源码分析

2.1 类结构

  • ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口,其内部类Sync是实现读写锁的关键。
  • Sync继承了AQS(AbstractQueuedSynchronizer)类,通过AQS提供的队列和状态管理功能来实现锁的获取与释放。
  • Sync有两个子类:NonfairSyncFairSync,分别用于实现非公平锁和公平锁。
  • ReadLockWriteLock都持有Sync的实例,通过调用Sync的方法来实现读锁和写锁的获取与释放。

2.2 源码关键点

  • 读锁的获取:当没有线程持有写锁时,多个线程可以同时获取读锁。读锁的获取通过AQS的state变量(表示锁的状态)和读锁计数器(记录当前持有读锁的线程数)来实现。
  • 写锁的获取:写锁是独占的,只能被一个线程持有。当线程尝试获取写锁时,如果当前有线程持有读锁或写锁,则当前线程将被阻塞,直到获取到写锁。
  • 重入性:与ReentrantLock类似,ReentrantReadWriteLock也支持重入性。同一个线程可以多次获取同一个锁(无论是读锁还是写锁)。
  • 锁降级:一个线程在持有写锁的情况下,可以获取读锁,然后释放写锁,实现锁降级。这在某些需要保持写入保护同时允许其他线程并发读取的场景中非常有用。

3. ReadLock

3.1 基本概念

  • ReadLockReentrantReadWriteLock的一个内部类,它实现了Lock接口,但专门用于读操作。
  • 与传统的互斥锁(如ReentrantLocksynchronized)不同,ReadLock允许多个线程同时持有锁,只要这些线程都是进行读操作。
  • 读写锁的基本规则是:读读不互斥、读写互斥、写写互斥。即多个线程可以同时读取资源,但在有线程进行写操作时,其他线程(无论是读线程还是写线程)都会被阻塞。

3.2 主要特性

  1. 可重入:与ReentrantLock类似,ReadLock也支持重入。即持有读锁的线程可以再次获取读锁,而不会造成死锁。
  2. 公平性ReentrantReadWriteLock支持公平和非公平两种模式。在非公平模式下,锁的获取更加灵活,但可能导致某些线程饥饿;在公平模式下,锁的获取按照先来先服务的顺序。
  3. 无条件变量支持:需要注意的是,ReadLock不支持条件变量(Condition),因为条件变量通常与独占锁(如ReentrantLock)一起使用,而ReadLock是共享锁。

3.3 使用方法

  • 获取锁:通过调用readLock().lock()方法来获取读锁。在没有写线程持有锁的情况下,多个读线程可以同时获取读锁。
  • 释放锁:通过调用readLock().unlock()方法来释放读锁。持有读锁的线程在完成任务后应该释放锁,以便其他线程可以获取锁。

3.4 注意事项

  • 当有线程持有写锁时,其他线程(无论是读线程还是写线程)都无法获取锁,直到写锁被释放。
  • 读锁和写锁之间是相互排斥的。即如果一个线程持有读锁,则其他线程无法获取写锁;反之亦然。
  • 在需要确保数据一致性的场景下,应该使用写锁来保护数据。读锁虽然可以提高并发性能,但无法防止其他线程修改数据。

3.5 小结

ReentrantReadWriteLock中的`ReadLock通过允许多个线程同时读取共享资源,提高了并发性能。它支持重入和公平/非公平模式,但在使用时需要注意读写锁之间的互斥关系以及数据一致性的保护。在实际应用中,应根据具体场景和需求选择合适的锁模式和策略。


4. WriteLock

4.1 基本概念

WriteLock主要用于保护共享资源在写操作时的数据一致性,确保在写操作进行时,其他线程无法进行读或写操作。

4.2 主要特性和功能

  1. 排他性
    • WriteLock是一个排他锁(排他锁也被称为独占锁),即在同一时间只有一个线程可以获得WriteLock,其他尝试获取WriteLock的线程会被阻塞,直到当前的WriteLock被释放。
    • 当有线程持有WriteLock时,其他线程(无论是读线程还是写线程)都无法获取锁。
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