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!
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
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// 返回用于读取操作的锁。
Lock readLock()
// 返回用于写入操作的锁。
Lock writeLock()
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ReentrantReadWriteLock函数列表
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// 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<Thread> 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<Thread> 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<Thread> 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<Thread> 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()
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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"。
其中,共享锁源码相关的代码如下:
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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 + "]" ;
}
}
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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:
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final Sync sync;
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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:
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public void lock() {
sync.acquireShared( 1 );
}
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2. acquireShared()
Sync继承于AQS,acquireShared()定义在AQS中。源码如下:
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public final void acquireShared( int arg) {
if (tryAcquireShared(arg) < 0 )
doAcquireShared(arg);
}
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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:
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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);
}
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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:
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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 ;
}
}
}
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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:
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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);
}
}
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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!
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()
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public void unlock() {
sync.releaseShared( 1 );
}
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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:
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public final boolean releaseShared( int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true ;
}
return false ;
}
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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:
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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 ;
}
}
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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:
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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 ;
}
}
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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:
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final boolean readerShouldBlock() {
return hasQueuedPredecessors();
}
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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:
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final boolean readerShouldBlock() {
return apparentlyFirstQueuedIsExclusive();
}
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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
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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;
}
}
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运行结果:
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Thread-0 getCash start
Thread-2 getCash start
Thread-0 getCash cash=10000
Thread-2 getCash cash=10000
Thread-0 getCash end
Thread-2 getCash end
Thread-1 setCash start
Thread-1 setCash cash=1000
Thread-1 setCash end
Thread-3 setCash start
Thread-3 setCash cash=2000
Thread-3 setCash end
Thread-4 getCash start
Thread-4 getCash cash=2000
Thread-4 getCash end
Thread-5 setCash start
Thread-5 setCash cash=3000
Thread-5 setCash end
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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。