java 锁（七）：独享锁VS共享锁

独享锁和共享锁同样是一种概念。我们先介绍一下具体的概念，然后通过ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock的源码来介绍独享锁和共享锁。

独享锁也叫排他锁，是指该锁一次只能被一个线程锁持有。如果线程T对数据A加上排他锁后，则其他线程不能再对A加任何类型的锁。获得排他锁的线程既能读数据又能修改数据。JDK中的synchronized和JUC中Lock的实现类就是互斥锁。

共享锁是指该锁可被多个线程所持有。如果线程T对数据A加上共享锁后，则其他线程只能对A再加共享锁，不能加排他锁。获得共享锁的线程只能读数据，不能修改数据。

独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的，通过实现不同的方法，来实现独享或者共享。

下图为ReentrantReadWriteLock的部分源码：

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我们看到ReentrantReadWriterLock有两把锁：ReadLock和WriterLock，由词知意，一个读锁一个写锁，合称“读写锁”。再进一步观察可以发现ReadLock和WriterLock是靠内部Sync实现的锁。Sync是AQS的一个子类，这种结构在CountDownLatch、ReentrantLock、Semaphore里面也都存在。

在ReentrantReadWriterLock里面，读锁和写锁的主体都是Sync，但读锁和写锁的加锁方式不一样。读锁是共享锁，写锁是独享锁。读锁的共享锁可保证并发读非常高效，而读写、写读、写写的过程互斥，因为读锁和写锁是分离的。所以ReentrantReadWriterLock并发性相比一般的互斥锁有了很大提升。

那读锁和写锁的具体加锁方式有什么区别呢？在连接源码之前我们需要回顾一下其他知识。在最开始提及AQS的时候我们也提到了state字段（int类型， 32位）,该字段用来描述有多少线程获持有锁。

在独享锁中这个值通常是0或者1（如果是重入锁的话state值就是重入的次数），在共享锁中state就是持有锁的数量。但是在ReentrantReadWriterLock中有读、写两把锁，所以需要在一个整型变量state上分别描述读锁和写锁的数量（或者也可以叫状态）。于是state变量“按位切割”切成了两个部分，高16位表示读锁状态（读锁个数），低16位表示写锁状态（写锁个数）。如下图所示：

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了解了概念之后我们再来看代码，先看写锁的加锁源码：

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这段代码首先取到当前锁的个数c，然后再通过c来获取写锁的个数w。因为写锁是低16位，所以取低16位的最大值与当前的c做运算，高16位和0运算后是0，剩下的就是低位运算的值，同时也是持有写锁的线程数目。

在取得写锁线程的数目后，首先判断是否已经有线程持有了锁。如果已经有线程持有了锁（c != 0），则查看当前写锁线程的数目，如果写锁线程数为0（即此时存在读锁）或者持有锁的线程不是当前线程就返回失败（涉及到公平锁和非公平锁的实现）。
如果写入锁的数量大于最大数（65525,2的16次方-1）就抛出一个Error。
如果当且当写线程数为0（那么读线程也应该为0，因为上面已经处理了c!=0的情况），并且当前线程需要阻塞那么久返回失败；如果通过CAS增加写线程数失败也返回失败。
如果c=0,w=0或者c>0,w>0（重入），则设置当前线程或锁的拥有者，返回成功！

TryAcquire()除了重入条件（当前线程为获取了写锁的线程）之外，增加了一个读锁是否存在的判断。如果存在读锁，则写锁不能被获取，原因在于：必须确保写锁的操作对读锁可见，如果允许读锁在已被获取的情况下对写锁的获取，那么这种运行的其他读线程就无法感知到当前写线程的操作。

因此，只有等待其他读线程都释放了读锁，写锁才能被当前线程获取，而写锁一旦被获取，则其他读写线程的后续访问均被阻塞。写锁的释放与ReentrantLock的释放过程基本类似，每次释放均减少写状态，当写状态为0表示写锁已被释放，然后等待的读写线程才能够继续访问读写锁，同时前次写线程的修改对后续的读写线程可见。

接着是读锁的代码：

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可以看到在tryAcquireShare(in unused)方法中，如果其他线程已经获取了写锁，则当前线程获取读锁失败，进入等待状态。如果当前线程获取了写锁或者写锁未被获取，则当前线程（线程安全，依靠CAS保证）增加读状态，成功获取读锁。读锁的每次释放（线程安全的，可能有多个线程同时释放读锁）均减少读状态，减少的值是“1<<16”。所以读写锁才能实现读读的过程共享，而读写、写读、写写的过程互斥。

此时，我们再回头看一下互斥锁ReentrantLock中公平锁和非公平锁的加锁源码：

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我们发现在ReentrantLock虽然有公平锁和非公平锁两种，但是它们添加的都是独享锁。根据源码显示，当某一线程调用lock方法获取锁时，如果同步资源没有被其他线程锁住，那么当前线程在使用CAS更新state成功后就会成功抢占该资源。而如果公共资源被占用且不是当前线程占用，那么就会加锁失败。所以可以确定ReentrantLock无论读操作还是写操作，添加的锁都是独享锁。