java並發編程中ReentrantLock可重入讀寫鎖

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一、ReentrantLock可重入鎖

可重入鎖ReentrantLock 是一個互斥鎖，即同一時間隻有一個線程能夠獲取鎖定資源，執行鎖定范圍內的代碼。這一點與synchronized 關鍵字十分相似。其基本用法代碼如下：

Lock lock = new ReentrantLock();  //實例化鎖
//lock.lock(); //上鎖
boolean locked = lock.tryLock();  //嘗試上鎖
if(locked){
  try {
    //被鎖定的同步代碼塊，同時隻能被一個線程執行
  }finally {
    lock.unlock(); //放在finally代碼塊中，保證鎖一定會被釋放
  }
}

通過lock函數獲取鎖，通過unlock函數釋放鎖。非常重要的是，需要把需要同步執行的代碼放入 try/finally 代碼塊中，並在finally中將鎖釋放。ReentrantLock是可重入鎖，即：（lock/unlok）動作裡面可以嵌套（lock/unlock），針對同一個鎖可以多次嵌套使用，不會產生死鎖。但是lock函數與unlock函數在代碼中必須成對出現，否則會出現死鎖。

二、ReentrantReadWriteLock讀寫鎖

ReentrantReadWriteLock類為讀寫鎖實現類，針對某一個對象或可變變量，隻要沒有線程在修改它，這個對象或可變變量就可以同時被多個線程讀取。ReentrantReadWriteLock將鎖分為讀鎖和寫鎖，隻要沒有線程持有寫鎖的情況下，讀鎖可以由多個線程同時持有。

  • 讀鎖-如果沒有線程獲取或請求寫鎖，那麼多個線程可以獲取讀鎖
  • 寫鎖-如果沒有線程在讀或寫，那麼隻有一個線程可以獲得寫鎖

簡單的說就是ReentrantReadWriteLock可以保證最多同時有一個線程在寫數據，或者可以同時有多個線程讀數據。因此使用ReentrantReadWriteLock，在讀操作比寫操作更頻繁的情況下，可以提高程序的性能和吞吐量。

下面我們用一個簡單的例子，來解讀一下如何應用讀寫鎖。

public class TestReadWriteLock {
  //可以同時執行3個線程任務的線程池
  ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
  //讀寫目標，寫線程放入數據到map，讀線程從map讀取數據
  Map<String, String> map = new HashMap<>();
  //讀寫鎖操作對象
  ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

  //寫操作函數
  public void write(){
    executor.submit(() -> { //線程池提交寫操作任務
      lock.writeLock().lock(); //加寫鎖
      try {
        map.put("key", "val");  //寫數據操作
        Thread.sleep(2000);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      } finally {
        lock.writeLock().unlock(); //釋放寫鎖
      }
    });
  }

  //讀操作函數
  public void read(){
    lock.readLock().lock(); //加讀鎖
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "加讀鎖");
    try {
      System.out.println(map.get("key")); //讀數據操作
    } finally {
      lock.readLock().unlock(); //釋放讀鎖
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "釋放讀鎖");
    }
  }

}

三、讀鎖之間不互斥

我們寫一個測試方法，通過打印輸出來理解讀寫鎖控制代碼的執行順序。

  //測試
  public static void main(String[] args) {
    TestReadWriteLock test = new TestReadWriteLock();
    test.write();  //提交一次寫操作任務，寫一條數據
    Runnable readTask = test::read;  //線程方法read，實現線程Runnable接口的簡便寫法
    test.executor.submit(readTask);  //讀1次（新讀線程）
    test.executor.submit(readTask);  //讀2次 (新讀線程）
    test.executor.shutdown();
  }

執行上面的代碼，可能會出現下面的輸出

pool-1-thread-2加讀鎖
pool-1-thread-3加讀鎖
val
val
pool-1-thread-3釋放讀鎖
pool-1-thread-2釋放讀鎖

在pool-1-thread-2沒有釋放讀鎖情況下，pool-1-thread-3可以再次加讀鎖，並且都正確的讀取到數據val。說明讀鎖之間是不互斥的。但是，在進行讀操作(讀鎖生效)的時候，寫操作是無法進行的(無法獲取寫鎖)，所以ReentrantReadWriteLock不支持同時加讀鎖和寫鎖。 這個結論我可以負責任告訴大傢，這裡我就不做驗證瞭！

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