ReentrantReadWriteLock實(shí)現(xiàn)了ReadWriteLock接口。位于java.util.concurrent.locks;

1、普通鎖

讀寫互斥，如ReentrantLock。

1.1、原理

• 普通鎖是排他鎖（Exclusive Lock）：無論讀還是寫，同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程持有鎖。
• 所有操作互斥：即使多個(gè)線程只是讀取數(shù)據(jù)，普通鎖也會(huì)阻塞其他線程。

代碼示例：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

void read() {
    lock.lock();
    try {
        // 讀取數(shù)據(jù)
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

void write() {
    lock.lock();
    try {
        // 寫入數(shù)據(jù)
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

1.2、特點(diǎn)

• 讀線程會(huì)阻塞其他讀線程：即使沒有寫操作，讀線程之間也不能并發(fā)。
• 性能低：在高并發(fā)讀場(chǎng)景下，資源利用率低。

2、ReadWriteLock

讀寫分離機(jī)制。

• 基于 AQS：通過state字段的高位和低位分別管理讀鎖和寫鎖。
• 共享鎖（Shared）：允許多個(gè)線程同時(shí)讀。
• 排他鎖（Exclusive）：寫操作獨(dú)占鎖。

2.1、核心思想

規(guī)則：讀鎖與讀鎖不互斥。讀鎖與寫鎖互斥。寫鎖與寫鎖互斥。

讀鎖（共享鎖）：

• 多個(gè)線程可同時(shí)持有讀鎖。
• 獲取讀鎖時(shí)，需確保沒有寫鎖存在。
• 讀鎖可重入（同一線程多次獲取讀鎖時(shí)，state高位增加）。

寫鎖（排他鎖）：

• 寫鎖獨(dú)占，阻塞所有讀和寫操作。
• 寫鎖可重入（同一線程多次獲取寫鎖時(shí)，state低位增加）。
• 寫鎖可降級(jí)為讀鎖（但不能升級(jí)為寫鎖）。

鎖升級(jí)/降級(jí)規(guī)則：

• 不允許升級(jí)：讀鎖不能直接升級(jí)為寫鎖（會(huì)破壞公平性，可能導(dǎo)致死鎖）。
• 允許降級(jí)：寫鎖可以降級(jí)為讀鎖（需顯式釋放寫鎖后獲取讀鎖）。

代碼示例：

ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
Lock readLock = readWriteLock.readLock();
Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();

void read() {
    readLock.lock();
    try {
        // 讀取數(shù)據(jù)（多個(gè)線程可同時(shí)讀）
    } finally {
        readLock.unlock();
    }
}

void write() {
    writeLock.lock();
    try {
        // 寫入數(shù)據(jù)（獨(dú)占）
    } finally {
        writeLock.unlock();
    }
}

為什么讀鎖和寫鎖可以“部分共存”？

• 讀鎖不阻塞其他讀鎖：因?yàn)樽x操作不會(huì)修改數(shù)據(jù)，多個(gè)線程讀取共享數(shù)據(jù)是安全的。
• 寫鎖阻塞所有讀寫：寫操作需要獨(dú)占數(shù)據(jù)，防止臟讀和數(shù)據(jù)不一致。

2.2、特點(diǎn)

1、高效

適合高并發(fā)讀的場(chǎng)景。

• 普通鎖：多個(gè)讀線程互相阻塞，吞吐量低。
• 讀寫鎖：多個(gè)讀線程可并發(fā)讀取，吞吐量高。

2、緩存讀取和更新

class Cache {
    private Object data;
    private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

    void get() {
        lock.readLock().lock();
        try {
            // 多個(gè)線程可同時(shí)讀取
            return data;
        } finally {
            lock.readLock().unlock();
        }
    }

    void put(Object newData) {
        lock.writeLock().lock();
        try {
            // 寫入時(shí)獨(dú)占
            data = newData;
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }
}

• 優(yōu)勢(shì)：緩存讀取頻繁，寫入較少，使用讀寫鎖可大幅提升并發(fā)性能。

2.3、鎖共存

寫鎖不能與讀鎖或?qū)戞i共存。具體是為什么，可參考以下數(shù)據(jù)一致性和state字段來進(jìn)行分析。

1. 數(shù)據(jù)一致性要求

寫操作必須獨(dú)占：如果允許寫鎖與讀鎖或?qū)戞i共存，可能導(dǎo)致：

• 臟讀：讀線程讀到未提交的數(shù)據(jù)。
• 數(shù)據(jù)不一致：多個(gè)寫線程同時(shí)修改數(shù)據(jù)，導(dǎo)致結(jié)果不可預(yù)測(cè)。

2. 內(nèi)部實(shí)現(xiàn)限制

讀寫鎖的實(shí)現(xiàn)：

• 使用一個(gè)int類型的state字段，高16位表示讀鎖數(shù)量，低16位表示寫鎖重入次數(shù)。
• 寫鎖獲取時(shí)：必須確保當(dāng)前沒有讀鎖或?qū)戞i。
• 讀鎖獲取時(shí)：必須確保當(dāng)前沒有寫鎖。

2.4、關(guān)鍵字段

• state：高位（32位）表示讀鎖數(shù)量，低位（32位）表示寫鎖重入次數(shù)。
• readLock和writeLock：分別管理讀鎖和寫鎖的獲取與釋放。

以下是常用的方法：

• readLock().lock()：嘗試獲取共享鎖。
• writeLock().lock()：嘗試獲取排他鎖。
• readLock().unlock()和writeLock().unlock()：釋放對(duì)應(yīng)鎖。

2.5、獲取流程

1、寫鎖

• 檢查當(dāng)前是否有寫鎖（通過exclusiveCount判斷）。
• 檢查是否有讀鎖（通過sharedCount判斷）。
• 如果沒有讀鎖和寫鎖，則設(shè)置寫鎖狀態(tài)。
• 否則，將線程加入等待隊(duì)列。

2、讀鎖

• 檢查當(dāng)前是否有寫鎖。
• 如果沒有寫鎖，則嘗試增加讀鎖計(jì)數(shù)。
• 如果有寫鎖或讀鎖溢出，則將線程加入等待隊(duì)列。

小結(jié)

如何選擇哪種鎖，可根據(jù)以下場(chǎng)景進(jìn)行分析：

選擇普通鎖：

• 數(shù)據(jù)操作簡(jiǎn)單（如單次寫入后只讀）。
• 不需要區(qū)分讀寫操作。

選擇讀寫鎖：

• 讀操作遠(yuǎn)多于寫操作（如緩存、配置中心）。
• 需要提升讀并發(fā)性能。

對(duì)比

普通鎖 vsReadWriteLock：

3、寫鎖饑餓

3.1、原因

1. 優(yōu)先級(jí)

• ReentrantReadWriteLock 默認(rèn)是非公平模式（fair=false）。
• 讀鎖的優(yōu)先級(jí)更高：在非公平模式下，讀鎖可以“插隊(duì)”獲取鎖，即使有等待的寫線程。
• 寫鎖需要獨(dú)占鎖：寫操作必須阻塞所有讀和寫，因此寫線程會(huì)一直等待，直到所有讀線程釋放讀鎖。

2. 等待隊(duì)列機(jī)制

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）維護(hù)一個(gè) FIFO 隊(duì)列。

非公平模式下：

• 讀線程可以“插隊(duì)”獲取鎖（無需排隊(duì)）。
• 寫線程只能按順序等待，直到?jīng)]有讀線程。

示例：

ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

// 線程 A: 讀線程
lock.readLock().lock();
try {
    while (true) {
        // 持續(xù)讀取（不釋放讀鎖）
    }
} finally {
    lock.readLock().unlock();
}

// 線程 B: 寫線程
lock.writeLock().lock(); // 被阻塞，永遠(yuǎn)無法獲取寫鎖

3.2、實(shí)現(xiàn)原理

1. 寫鎖獲取流程

檢查當(dāng)前是否有寫鎖（通過exclusiveCount判斷）。

檢查是否有讀鎖（通過sharedCount判斷）。

非公平模式下：

• 如果沒有寫鎖，且當(dāng)前線程可以插隊(duì)（無需等待），則直接獲取寫鎖。
• 如果有讀鎖或?qū)戞i，則將線程加入等待隊(duì)列。

公平模式下：

• 寫線程必須按順序等待，即使沒有讀鎖。

2. 寫鎖釋放流程

1. 釋放寫鎖后，喚醒等待隊(duì)列中的線程。

非公平模式下：

• 新來的讀線程可能再次插隊(duì)獲取讀鎖。
• 寫線程仍需等待所有讀線程釋放讀鎖。

3.3、避免寫鎖饑餓

1. 使用公平模式（Fair Mode）

• 配置公平鎖：new ReentrantReadWriteLock(true)。

效果：

• 寫線程按順序獲取鎖，不會(huì)被讀線程插隊(duì)。
• 優(yōu)點(diǎn)：避免寫鎖饑餓。
• 缺點(diǎn)：性能略低（讀線程無法插隊(duì)）。

代碼示例：

ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(true); // 公平模式

void read() {
    lock.readLock().lock();
    try {
        // 讀取數(shù)據(jù)
    } finally {
        lock.readLock().unlock();
    }
}

void write() {
    lock.writeLock().lock();
    try {
        // 寫入數(shù)據(jù)
    } finally {
        lock.writeLock().unlock();
    }
}

公平模式下和非公平模式下：

2.限制讀鎖的持有時(shí)間

避免讀線程長(zhǎng)期占用讀鎖：

• 在業(yè)務(wù)邏輯中控制讀鎖的持有時(shí)間。
• 避免在讀鎖內(nèi)執(zhí)行長(zhǎng)時(shí)間操作。

3. 使用StampedLock

在Java 8+，StampedLock提供更靈活的讀寫鎖策略：

• 支持樂觀讀鎖（不阻塞寫鎖）。
• 支持寫鎖優(yōu)先級(jí)（避免讀鎖插隊(duì)）。

代碼示例：

StampedLock lock = new StampedLock();

void read() {
    long stamp = lock.tryOptimisticRead();
    if (lock.validate(stamp)) {
        // 樂觀讀?。ú蛔枞麑戞i）
    }
}

void write() {
    long stamp = lock.writeLock();
    try {
        // 寫入數(shù)據(jù)
    } finally {
        lock.unlockWrite(stamp);
    }
}

總結(jié)

通過合理選擇鎖策略，可以在高并發(fā)場(chǎng)景下平衡性能與公平性！

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。