ReentrantReadWriteLock读写锁及其在 RxCache 中的使用
一. ReentrantReadWriteLock读写锁
Lock 是相当于 synchronized 更面向对象的同步方式，ReentrantLock 是 Lock 的实现。
本文要介绍的 ReentrantReadWriteLock 跟 ReentrantLock 并没有直接的关系，因为它们之间没有继承和实现的关系。
但是 ReentrantReadWriteLock 拥有读锁(ReadLock)和写锁(WriteLock)，它们分别都实现了 Lock。
/** Inner class providing readlock */
private final ReentrantReadWriteLock.ReadLock readerLock;
/** Inner class providing writelock */
private final ReentrantReadWriteLock.WriteLock writerLock;
ReentrantReadWriteLock 在使用读锁时，其他线程可以进行读操作，但不可进行写操作。ReentrantReadWriteLock 在使用写锁时，其他线程读、写操作都不可以。ReentrantReadWriteLock 能够兼顾数据操作的原子性和读写的性能。
1.1 公平锁和非公平锁
从 ReentrantReadWriteLock 的构造函数中可以看出，它默认使用了非公平锁。
/**
* Creates a new {@code ReentrantReadWriteLock} with
* default (nonfair) ordering properties.
*/
public ReentrantReadWriteLock() {
this(false);
}
/**
* Creates a new {@code ReentrantReadWriteLock} with
* the given fairness policy.
*
* @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
*/
public ReentrantReadWriteLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
readerLock = new ReadLock(this);
writerLock = new WriteLock(this);
}
在 Java 中所谓公平锁是指，每个线程在获取锁时，会先查看此锁维护的等待队列，如果为队列空或者当前线程线程是等待队列的第一个，则占有锁。否则就会加入到等待队列中，以后按照 FIFO 的顺序从队列中取出。
非公平锁在获取锁时，不会遵循 FIFO 的顺序，而是直接尝试获取锁。如果获取不到锁，则像公平锁一样自动加入到队列的队尾等待。
非公平锁的性能要高于公平锁。
1.2 读锁
读锁是一个共享锁。读锁是 ReentrantReadWriteLock 的内部静态类，它的 lock()、trylock()、unlock() 都是委托 Sync 类实现。
Sync 是真正实现读写锁功能的类，它继承自 AbstractQueuedSynchronizer 。
1.3 写锁
写锁是一个排他锁。写锁也是 ReentrantReadWriteLock 的内部静态类，它的 lock()、trylock()、unlock() 也都是委托 Sync 类实现。写锁的代码类似于读锁，但是在同一时刻写锁是不能被多个线程所获取，它是独占式锁。
写锁可以降级成读锁，下面会介绍锁降级。
1.4 锁降级
锁降级是指先获取写锁，再获取读锁，然后再释放写锁的过程 。锁降级是为了保证数据的可见性。锁降级是 ReentrantReadWriteLock 重要特性之一。
值得注意的是，ReentrantReadWriteLock 并不能实现锁升级。
二. RxCache 中使用读写锁
RxCache 是一款支持 Java 和 Android 的 Local Cache 。目前，支持堆内存、堆外内存(off-heap memory)、磁盘缓存。
github地址：https://github.com/fengzhizi715/RxCache
RxCache 的 CacheRepository 类实现了缓存操作的类，它使用了 ReentrantReadWriteLock 用于保证缓存在读写时避免出现多线程的并发问题。
首先，创建一个读写锁，并获得读锁、写锁的实例。
class CacheRepository {
private Memory memory;
private Persistence persistence;
private final ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
private final Lock readLock = lock.readLock();
private final Lock writeLock = lock.writeLock();
......
}
在缓存的读操作时，使用读锁。
boolean containsKey(String key) {
readLock.lock();
try {
if (Preconditions.isBlank(key)) return false;
return (memory != null && memory.containsKey(key)) || (persistence != null && persistence.containsKey(key));
} finally {
readLock.unlock();
}
}
在缓存的写操作时，使用写锁。
void remove(String key) {
writeLock.lock();
try {
if (Preconditions.isNotBlank(key)) {
if (memory != null) {
memory.evict(key);
}
if (persistence != null) {
persistence.evict(key);
}
}
} finally {
writeLock.unlock();
}
}
对于某一个方法，如果在读操作做完之后要进行写操作，则需要先释放读锁，再获取写锁（否则会死锁）。写操作之后，还需要进行读操作的话，可以使用锁降级。
Record get(String key, Type type, CacheStrategy cacheStrategy) {
readLock.lock();
try {
Record record = null;
if (Preconditions.isNotBlanks(key, type)) {
switch (cacheStrategy) {
case MEMORY: {
if (memory!=null) {
record = memory.getIfPresent(key);
}
break;
}
case PERSISTENCE: {
if (persistence!=null) {
record = persistence.retrieve(key, type);
}
break;
}
case ALL: {
if (memory != null) {
record = memory.getIfPresent(key);
}
if (record == null && persistence != null) {
record = persistence.retrieve(key, type);
if (memory!=null && record!=null && !record.isExpired()) { // 如果 memory 不为空，record 不为空，并且没有过期
readLock.unlock(); // 先释放读锁
writeLock.lock(); // 再获取写锁
try {
if (record.isNeverExpire()) { // record永不过期的话，直接保存不需要计算ttl
memory.put(record.getKey(),record.getData());
} else {
long ttl = record.getExpireTime()- (System.currentTimeMillis() - record.getCreateTime());
memory.put(record.getKey(),record.getData(), ttl);
}
readLock.lock(); // 写锁在没有释放之前，获得读锁 (锁降级)
} finally {
writeLock.unlock(); // 释放写锁
}
}
}
break;
}
}
}
return record;
} finally {
readLock.unlock();
}
}
三. 总结
ReentrantReadWriteLock 读写锁适用于读多写少的场景，以提高系统的并发性。因此，RxCache 使用读写锁来实现缓存的操作。
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