10. 读写锁的思想

读锁：

读锁拒绝其他线程获得写锁，读锁不拒绝其他线程获得读锁，多个上了读锁的线程可以并发读不会阻塞。
多个读锁同时作用期间，其他想上写锁的线程都处在等待状态，当最后一个读锁释放后，才有可能上锁。

写锁：

写锁拒绝其他线程获取读锁和写锁。
当一个线程获取写锁后，其他想要获取读写锁的线程都处于等待状态，直到写锁释放才有可能上锁。

代码实例

直接拿Java官方示例解读了。

class CachedData {
   Object data;
   volatile boolean cacheValid;
   final ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
   void processCachedData() {
     rwl.readLock().lock();  //1. 上读锁
     if (!cacheValid) {      //2. 验证cacheValid
        // Must release read lock before acquiring write lock
        rwl.readLock().unlock(); //3. 解除读锁
        rwl.writeLock().lock(); //4. 上写锁
        try {
          // Recheck state because another thread might have
          // acquired write lock and changed state before we did.
          if (!cacheValid) {    //5. 验证cacheValid
            data = ...
            cacheValid = true;
          }
          // Downgrade by acquiring read lock before releasing write lock
          rwl.readLock().lock(); //6. 上读锁
        } finally {
          rwl.writeLock().unlock(); // Unlock write, still hold read //7. 解除写锁
        }
     }
     try {
       use(data);
     } finally {
       rwl.readLock().unlock();//8. 解除读锁
     }
   }
 }

复制代码比如现在有线程ABCDE五个线程，使用processCachedData()方法,接下来会发现如下步骤。
-> DE线程滞后，ABC同时进入到步骤1. 上读锁-> ABC进入到步骤2. 验证cacheValid。（新实例中cacheValid初始为fasle，所以进入if条件句中）-> ABC执行步骤3. 解除读锁。-> 假设此时A率先完成步骤4. 上写锁。-> BC无法获取写锁，处于等待状态，被阻塞在步骤4。 上写锁。此时D线程执行使用processCachedData()方法，被阻塞在步骤1. 上读锁。-> A进入到步骤5. 验证cacheValid。步骤五很关键，如果线程A写完后，解除了写锁，此时新的线程E获取到了写锁，就会写入新数据，此时就不是同步锁了，程序出错。 -> A修改数据，cacheValid置为true。步骤6和步骤7是写锁的降级操作，即写锁释放的时候，先降级为读锁，这样其他等待获取写锁的线程会继续等待，然后再释放写锁，保证同步性。-> A执行完步骤8，BC阻塞结束，其中一位获取写锁。

读写锁的实现原理分析

读写状态的设计

读写锁同样依赖自定义同步器来实现同步功能，而读写状态就是其同步器的同步状态。回想ReentrantLock中自定义同步器的实现，同步状态表示锁被一个线程重复获取的次数，而读写锁的自定义同步器需要在同步状态（一个整型变量）上维护多个读线程和一个写线程的状
态，使得该状态的设计成为读写锁实现的关键。如果在一个整型变量上维护多种状态，就一定需要“按位切割使用”这个变量，读写锁将变量切分成了两个部分，高16位表示读，低16位表示写，划分方式如下图所示

image.png

当前同步状态表示一个线程已经获取了写锁，且重进入了两次，同时也连续获取了两次读锁。读写锁是如何迅速确定读和写各自的状态呢？答案是通过位运算。假设当前同步状态值为S，写状态等于S&0x0000FFFF（将高16位全部抹去），读状态等于S>>>16（无符号补0右移16位）。当写状态增加1时，等于S+1，当读状态增加1时，等于S+(1<<16)，也就是S+0x00010000。根据状态的划分能得出一个推论：S不等于0时，当写状态（S&0x0000FFFF）等于0时，则读状态（S>>>16）大于0，即读锁已被获取