ReentrantReadWriteLock读写锁简单原理案例证明

ReentrantReadWriteLock存在原因？

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我们知道List的实现类ArrayList，LinkedList都是非线程安全的，Vector类通过用synchronized修饰方法保证了List的多线程非安全问题，但是有个缺点：读写同步，效率低下。于是就出现了CopyOnWriteArrayList，它通过写时复制数组实现了读写分离，提高了多线程对List读的效率，适合多读少些的情况。同理：我们知道ReentrantLock，它是一把独占的锁，是用来控制线程同步的，如果我们用ReentrantLock来实现ArrayList安全，能否达到CopyOnWriteArrayList同样的效果呢？

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 * @author ：jiaolian
 * @date ：Created in 2021-01-26 15:49
 * @description：ReentrantReadWriteLock多读少写的场景
 * @modified By：
 * 公众号:叫练
 */
public class MultReadTest {


    private static class MyList {
        private final ReentrantReadWriteLock REENTRANT_READ_WRITE_LOCK = new ReentrantReadWriteLock();
        private final ReentrantReadWriteLock.WriteLock WRITE_LOCK = REENTRANT_READ_WRITE_LOCK.writeLock();
        private final ReentrantReadWriteLock.ReadLock READ_LOCK = REENTRANT_READ_WRITE_LOCK.readLock();
        private List list = new ArrayList();

        //读list
        public void readList() {
            try {
                READ_LOCK.lock();
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+list.size());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                READ_LOCK.unlock();
            }
        }

        //写list
        public void writeList() {
            try {
                WRITE_LOCK.lock();
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":新增1个元素");
                list.add("叫练【公众号】");

            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                WRITE_LOCK.unlock();
            }
        }

    }

    public static void main(String[] args) {
        MyList myList = new MyList();
        //读写锁适合多读少写情况
        //新建10个读线程，1个写线程
        new Thread(()->{myList.writeList();},"写线程").start();
        for (int i=0; i<10; i++) {
            new Thread(()->{myList.readList();},"读线程"+(i+1)).start();
        }
    }

}

上面案例我们用ReentrantReadWriteLock实现了CopyOnWriteArrayList，主线程新建了1个写线程写list，10个读线程读list，程序一共花费2执行完毕，如果用Vector需要花费11秒。在多线程的情况下，通过读写锁操作List，提高了List的读效率，在List读的部分，线程是共享的，在对List写的过程中，在对写的线程是同步的，因此我们可以得出一个结论：读写锁是读读共享，读写同步！

独占获取锁简单流程

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如上图，我们简单的梳理下独占获取锁流程。

1. 独占锁获取（上述例子中的WRITE_LOCK写锁），首先判断是否有线程获取了锁，是否有线程获取了锁的判断通过读写锁中通过32位int类型state可以获取，其中低16位表示读锁，高16表示写锁。
2. 有读锁：直接排队阻塞。
3. 有写锁：还需要判断写锁线程是否是自己，如果是自己就是锁重入了，如果不是自己说明已经有其他的线程获取锁正在执行，那么当前线程需要排队阻塞。
4. 无锁：直接获取锁，其他抢占的独占锁线程需要排队阻塞，当前线程执行完毕后释放锁通知下一个排队线程获取锁。

共享获取锁简单流程

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如上图，我们简单的梳理下共享锁获取锁流程。

1. 独占锁获取（上述例子中的READ_LOCK读锁），首先判断是否有线程获取了锁。
2. 有读锁：当前线程发现此时读锁状态被占用，说明有线程获取了读锁。该线程通过cas自旋【死循环】获取到读锁为止。
3. 有写锁：还需要判断持有写锁的线程是否是自己，如果是自己而且此时是获取的是读锁会获取锁成功，我们称为锁降级，如果不是自己说明此时有其他线程获取了写锁，那么当前线程需要排队阻塞。
4. 无锁：直接获取锁。

写锁降级

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我们说读写互斥，但同一个线程中，先写后读也是允许的，我们称之为锁降级。在面试中共享锁面试频率也比较高，方便理解我们举个简单的案例说明下。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 * @author ：jiaolian
 * @date ：Created in 2021-01-28 15:44
 * @description：ReentrantReadWriteLock读写锁降级测试
 * @modified By：
 * 公众号:叫练
 */
public class WriteLockLowerTest {

    private static final ReentrantReadWriteLock REENTRANT_READ_WRITE_LOCK = new ReentrantReadWriteLock();
    private static final ReentrantReadWriteLock.WriteLock WRITE_LOCK = REENTRANT_READ_WRITE_LOCK.writeLock();
    private static final ReentrantReadWriteLock.ReadLock READ_LOCK = REENTRANT_READ_WRITE_LOCK.readLock();

    public static void main(String[] args) {
        try {
            WRITE_LOCK.lock();
            System.out.println("获取写锁");
            READ_LOCK.lock();
            System.out.println("获取读锁");
        } finally {
            READ_LOCK.unlock();
            System.out.println("释放写锁");
            WRITE_LOCK.unlock();
            System.out.println("释放读锁");
        }
    }
}

如上述代码：程序可以运行完毕，说明锁可以降级。另外说一句，上面的程序先获取读锁再获取写锁，程序是会阻塞的，为什么呢？欢迎小伙伴在留言区写下评论！

总结

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今天我们用通俗易懂的文字描述了ReentrantReadWriteLock读写锁。喜欢的请点赞加评论哦！点关注，不迷路，我是叫练【公众号】，边叫边练。期待我们下次再见！