Java 讀寫鎖源碼分析

前言

在實際項目中,比如我們有一個共享資源文件,我們程序會會同時並發的去讀、寫這個共享資源文件,那怎麼能保證在高並發場景下安全、高效讀寫呢?OK,看瞭下文便知

提示:以下是本篇文章正文內容,案例僅供參考

一、技術介紹

1.ReentranReadWriteLock是什麼?

ReadWriteLock提供瞭readLock和writeLock兩種鎖的操作機制,一個是讀鎖,一個是寫鎖,而它的實現類就是ReentranReadWriteLock

讀鎖可以在沒有寫鎖的時候被多個線程同時持有,寫鎖是獨占的(排他的)。這意味著每次隻能有一個線程寫,但可以多個線程並發地讀。

理論上,讀寫鎖比互斥鎖允許對於共享數據更大程度的並發。與互斥鎖相比,讀寫鎖是否能夠提高性能取決於讀寫數據的頻率、讀取和寫入操作的持續時間、以及讀線程和寫線程之間的競爭。

二、源碼分析

1.ReadLock

直接看ReadLock源碼

可以看到ReadLock的lock操作實際實現對應Sync的 tryAcquireShared 方法,我們點進去看看

  1. 如果另一個線程持有寫鎖,則失敗。
  2. readerShouldBlock():讀鎖是否需要等待(公平鎖原則); r < MAX_COUNT:持有線程小於最大數 ;compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT):設置讀取鎖狀態;整體意思就是讀線程是否應該被阻塞、並且小於最大值、並且比較設置成功
  3. else判斷裡讀鎖數量不為0並且不為當前線程,獲取計數器並且+1
  4. 最後的這行方法執行是由於線程顯然不符合條件,或者CAS失敗或計數飽和,使用完整版本的獲取,這裡面的方法可處理CAS miss 和tryAcquireShared中未處理的可重入讀

2.WriteLock

再接著看WriteLock源碼

exclusiveCount方法的作用是將同步變量與0xFFFF做&運算,計算結果就是寫鎖的數量,因此w的值的含義就是寫鎖的數量 如果c不為0就表示鎖被占用瞭,占用的是寫鎖還是讀鎖呢?這個時候就需要根據w的值來判斷瞭。 如果c等於0就表示此時鎖還沒有被任何線程占用,那就讓線程直接去嘗試獲取鎖.

如果w為0,說明寫鎖數量為0,而此時又因為c不等於0,說明鎖被占用,但是不是寫鎖,那麼此時鎖的狀態一定是讀鎖,既然是讀鎖狀態,那麼寫鎖此時來獲取鎖時,就肯定失敗,因此當w等於0時,tryAcquire方法返回false。

如果w不為0,說明此時鎖的狀態時寫鎖,接著進行current != getExclusiveOwnerThread()判斷,判斷持有鎖的線程是否是當前線程

如果不是當前線程,那麼tryAcquire()返回false;如果是當前線程,那麼就進行後面的邏輯。為什麼是當前線程持有鎖,就還能執行後面的邏輯呢?那是因為讀寫鎖是可重入的。

三、單元測試

OK,不廢話,接下來上簡單直接的單元測試

package com.hyh.core.test;

import org.junit.Test;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 * 可重入讀寫鎖 TEST
 *
 * @Author: heyuhua
 * @Date: 2021/1/28 14:14
 */
public class ReentranReadWriteLockTest {

  ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
  Lock readLock = reentrantReadWriteLock.readLock();
  Lock writeLock = reentrantReadWriteLock.writeLock();


  @Test
  public void test() throws InterruptedException {
    ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      threadPool.execute(() -> {
        readLock();
      });
      threadPool.execute(() -> {
        writeLock();
      });
    }
    threadPool.shutdown();
    TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
  }

  private void readLock() {
    readLock.lock();
    try {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-獲取讀鎖...");
      TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-釋放讀鎖...");
      readLock.unlock();
    }
  }

  private void writeLock() {
    writeLock.lock();
    try {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-獲取寫鎖...");
      TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-釋放寫鎖...");
      writeLock.unlock();
    }
  }


}

這裡模擬5個讀和5個寫的並發情況,馬上看下執行結果

可以看到多個線程都可以同時獲得讀鎖,而寫鎖必須等讀鎖釋放瞭後才能獲取,同樣的讀鎖必須等寫鎖釋放瞭後才能獲取

總結

讀寫鎖總結一句話:讀讀共享、寫寫互斥、讀寫互斥。

讀寫鎖的適用場合:相比於 ReentrantLock 適用於一般場合,ReadWriteLock 適用讀多寫少的場景,合理使用可以進一步提高並發

作者寄語

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