JUC学习笔记 -- (9) ReadWriteLock读写锁的使用
说到Java并发编程，很多开发第一个想到同时也是经常常用的肯定是Synchronized，但是Synchronized存在明显的一个性能问题就是读与读之间互斥，简言之就是，我们编程想要实现的最好效果是，可以做到读和读互不影响，读和写互斥，写和写互斥，提高读写的效率，这就要用到本章的重点ReadWriteLock读写锁。
之前文章已经介绍了Lock的一种实现ReentrantLock的使用，其在功能上和Synchronized相同，只不过这个更具灵活性。而本章介绍的ReadWriteLock也是Lock的一种实现，而且相对于ReentrantLock和Synchronized，ReadWriteLock在性能上更具优势。
Java并发包中ReadWriteLock是一个接口，主要有两个方法，如下：
public interface ReadWriteLock {
/**
* Returns the lock used for reading.
*
* @return the lock used for reading
*/
Lock readLock();
/**
* Returns the lock used for writing.
*
* @return the lock used for writing
*/
Lock writeLock();
}
ReadWriteLock管理一组锁，一个是只读的锁，一个是写锁。
Java并发库中ReetrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口并添加了可重入的特性。
在具体讲解ReetrantReadWriteLock的使用方法前，我们有必要先对其几个特性进行一些深入学习了解。
1. ReetrantReadWriteLock特性说明
1.1 获取锁顺序
- 非公平模式（默认）
当以非公平初始化时，读锁和写锁的获取的顺序是不确定的。非公平锁主张竞争获取，可能会延缓一个或多个读或写线程，但是会比公平锁有更高的吞吐量。 - 公平模式
当以公平模式初始化时，线程将会以队列的顺序获取锁。当当前线程释放锁后，等待时间最长的写锁线程就会被分配写锁；或者有一组读线程组等待时间比写线程长，那么这组读线程组将会被分配读锁。
1.2 可重入
什么是可重入锁，不可重入锁呢？"重入"字面意思已经很明显了，就是可以重新进入。可重入锁，就是说一个线程在获取某个锁后，还可以继续获取该锁，即允许一个线程多次获取同一个锁。比如synchronized内置锁就是可重入的，如果A类有2个synchornized方法method1和method2，那么method1调用method2是允许的。显然重入锁给编程带来了极大的方便。假如内置锁不是可重入的，那么导致的问题是：1个类的synchornized方法不能调用本类其他synchornized方法，也不能调用父类中的synchornized方法。与内置锁对应，JDK提供的显示锁ReentrantLock也是可以重入的，这里通过一个例子着重说下可重入锁的释放需要的事儿。
public class Test1 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock ();
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lock.writeLock().lock();
System.out.println("Thread real execute");
lock.writeLock().unlock();
}
});
lock.writeLock().lock();
lock.writeLock().lock();
t.start();
Thread.sleep(200);
System.out.println("realse one once");
lock.writeLock().unlock();
}
}
从运行结果中，可以看到，程序并未执行线程的run方法，由此我们可知，上面的代码会出现死锁，因为主线程2次获取了锁，但是却只释放1次锁，导致线程t永远也不能获取锁。一个线程获取多少次锁，就必须释放多少次锁。这对于内置锁也是适用的，每一次进入和离开synchornized方法(代码块)，就是一次完整的锁获取和释放。
1.3 锁降级
要实现一个读写锁，需要考虑很多细节，其中之一就是锁升级和锁降级的问题。什么是升级和降级呢？ReadWriteLock的javadoc有一段话：
Can the write lock be downgraded to a read lock without allowing an intervening writer? Can a read lock be upgraded to a write lock, in preference to other waiting readers or writers?
翻译过来的结果是：在不允许中间写入的情况下，写入锁可以降级为读锁吗？读锁是否可以升级为写锁，优先于其他等待的读取或写入操作？简言之就是说，锁降级：从写锁变成读锁；锁升级：从读锁变成写锁，ReadWriteLock是否支持呢？让我们带着疑问，进行一些Demo 测试代码验证。
锁升级demo:
public class Test1 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock ();
lock.readLock().lock();
System.out.println("读数据...");
lock.writeLock().lock();
System.out.println("写数据...");
}
}执行结果:
结论：上面的测试代码会产生死锁，因为同一个线程中，在没有释放读锁的情况下，就去申请写锁，这属于锁升级，ReentrantReadWriteLock是不支持的。
锁降级demo:
public class Test1 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock ();
lock.writeLock().lock();
System.out.println("写数据...");
lock.readLock().lock();
System.out.println("读数据...");
}
}执行结果:
结论：ReentrantReadWriteLock支持锁降级，上面代码不会产生死锁。这段代码虽然不会导致死锁，但没有正确的释放锁。从写锁降级成读锁，并不会自动释放当前线程获取的写锁，仍然需要显示的释放，否则别的线程永远也获取不到写锁。
2.ReetrantReadWriteLock和syncronized对比使用
2.1 Synchronized实现
在使用ReetrantReadWriteLock实现锁机制前，我们先看一下，多线程同时读取文件时，用synchronized实现的效果
public class Test1 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for(int i=0;i<2;i++){
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
get();
}
},"读线程"+i).start();
}
}
public synchronized static void get(){
for(int i=0;i<5;i++){
try {
Thread.currentThread().sleep(20);
} catch (Exception e) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在读数据-->"+i);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取数据完成!");
}
}执行结果:
从运行结果可以看出，两个线程的读操作是顺序执行的.
2.2 ReetrantReadWriteLock实现
public class TestReadWriteLock {
public static void main(String[] args) {
final ReadWriteLockDemo demo = new ReadWriteLockDemo();
for(int i=0;i<2;i++){
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
demo.get();
}
},"读线程"+i).start();
}
}
}
class ReadWriteLockDemo{
private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
public void get(){
lock.readLock().lock();
try{
for(int i=0;i<5;i++){
try {
Thread.currentThread().sleep(20);
} catch (Exception e) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在读数据-->"+i);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取数据完成!");
}finally{
lock.readLock().unlock();
}
}
}执行结果:
从运行结果可以看出，两个线程的读操作是同时执行的。
通过上面的测试代码，我们也可以延伸得出一个结论，ReetrantReadWriteLock读锁使用共享模式，即：同时可以有多个线程并发地读数据。但是另一个问题来了，写锁之间是共享模式还是互斥模式？读写锁之间是共享模式还是互斥模式呢？下面让我们通过Demo进行一一验证吧。
3.1 ReetrantReadWriteLock读写锁关系
public class TestReadWriteLock {
public static void main(String[] args) {
final ReadWriteLockDemo demo = new ReadWriteLockDemo();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
demo.get();
}
},"读线程").start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
demo.set();
}
},"写线程").start();
}
}
class ReadWriteLockDemo{
private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
public void get(){
lock.readLock().lock();
try{
for(int i=0;i<5;i++){
try {
Thread.currentThread().sleep(20);
} catch (Exception e) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在读数据-->"+i);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取数据完成!");
}finally{
System.out.println("释放读锁！");
lock.readLock().unlock();
}
}
public void set(){
lock.writeLock().lock();
try{
for(int i=0;i<5;i++){
try {
Thread.currentThread().sleep(20);
} catch (Exception e) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在写数据-->"+i);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写数据完成!");
}finally{
System.out.println("释放写锁！");
lock.writeLock().unlock();
}
}
}执行结果:
结论：读写锁的实现必须确保写操作对读操作的内存影响。换句话说，一个获得了读锁的线程必须能看到前一个释放的写锁所更新的内容，读写锁之间为互斥。
3.2 ReetrantReadWriteLock写锁关系
public class TestReadWriteLock {
public static void main(String[] args) {
final ReadWriteLockDemo demo = new ReadWriteLockDemo();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
demo.set();
}
},"写线程1").start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
demo.set();
}
},"写线程2").start();
}
}
class ReadWriteLockDemo{
private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
public void set(){
lock.writeLock().lock();
try{
for(int i=0;i<5;i++){
try {
Thread.currentThread().sleep(20);
} catch (Exception e) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在写数据-->"+i);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写数据完成!");
}finally{
System.out.println("释放写锁！");
lock.writeLock().unlock();
}
}
}执行结果:
4. 总结
1.Java并发库中ReetrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口并添加了可重入的特性
2.ReetrantReadWriteLock读写锁的效率明显高于synchronized关键字
3.ReetrantReadWriteLock读写锁的实现中，读锁使用共享模式；写锁使用独占模式，换句话说，读锁可以在没有写锁的时候被多个线程同时持有，写锁是独占的
4.ReetrantReadWriteLock读写锁的实现中，需要注意的，当有读锁时，写锁就不能获得；而当有写锁时，除了获得写锁的这个线程可以获得读锁外，其他线程不能获得读锁