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为什么要出现读写锁
因为ReentrantLock是互斥锁，如果有一个操作是读多写少，同时还需要保证线程安全，那么使用ReentrantLock会导致效率比较低。因为多个线程在对同一个数据进行读操作时，也不会造成线程安全问题。所以出现了ReentrantReadWriteLock锁：
- 读读操作是共享的。
- 写写操作是互斥的。
- 读写操作是互斥的。
- 写读操作是互斥的。
单个线程获取写锁后，再次获取读锁，可以拿到。（写读可重入）
单个线程获取读锁后，再次获取写锁，拿不到。（读写不可重入）
使用方式：
public class XxxTest {
// 读写锁
static ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
// 写锁
static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = lock.writeLock();
// 读锁
static ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = lock.readLock();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
readLock.lock();
try {
System.out.println("拿到读锁！");
} finally {
readLock.unlock();
}
writeLock.lock();
try {
System.out.println("拿到写锁！");
} finally {
writeLock.unlock();
}
}
}
读写锁的核心思想
ReentrantReadWriteLock基于AQS实现的，很多功能的实现和ReentrantLock类似。还是基于AQS的state来确定当前线程是否拿到锁资源。将state的高16位作为读锁的标识，将state的低16位作为写锁的标识
锁重入问题：
- 写锁重入：因为写操作和其他操作是互斥的，代表同一时间，只有一个线程持有着写锁，只要锁重入，就对低位+1即可。
- 读锁重入：读锁的重入不能仿照写锁的方式，因为写锁属于互斥锁，同一时间只会有一个线程持有写锁，但是读锁是共享锁，同一时间会有多个线程持有读锁。所以每个获取到读锁的线程，记录锁重入的方式都是基于自己的ThreadLocal存储锁重入次数。
读锁重入修改state，只是记录当前线程锁重入的次数，需要基于ThreadLocal记录。
state二进制表示：00000000 00000000 00000000 00000000
将state的高16位作为读锁的标识，将state的低16位作为写锁的标识。
写锁：00000000 00000000 00000000 00000001
写锁重入，低16位+1：00000000 00000000 00000000 00000010
读锁：
00000000 00000001 00000000 00000000
读锁重入，高16位+1：
00000000 00000010 00000000 00000000
每个读操作的线程，在获取读锁时，都需要开辟一个ThreadLocal。读写锁为了优化这个事情，做了两手操作：
- 第一个拿到读锁的线程，不用ThreadLocal记录重入次数，在读写锁内有有一个firstRead记录重入次数
- 记录了最后一个拿到读锁的线程的重入次数，交给cachedHoldCounter属性标识，可以避免频繁的在锁重入时，从TL中获取。
写锁的操作
写锁加锁-acquire
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
tryAcquire：尝试获取锁资源，能否以CAS的方式将state 从0 改为 1，改成功，拿锁成功。
addWaiter：将当前没按到锁资源的，封装成Node，排到AQS里。
acquireQueued：当前排队的能否竞争锁资源，不能挂起线程阻塞。
因为都是AQS的实现，主要看tryAcquire
// state，高16：读，低16：写
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000001 00000000 00000000 - SHARED_UNIT
00000000 00000000 11111111 11111111 - MAX_COUNT
00000000 00000000 11111111 11111111 - EXCLUSIVE_MASK
&
00000000 00000000 00000000 00000001
static final int SHARED_SHIFT = 16;
static final int SHARED_UNIT = (1 << SHARED_SHIFT);
static final int MAX_COUNT = (1 << SHARED_SHIFT) - 1;
static final int EXCLUSIVE_MASK = (1 << SHARED_SHIFT) - 1;
// 只拿到表示读锁的高16位。
static int sharedCount(int c) {
return c >>> SHARED_SHIFT; }
// 只拿到表示写锁的低16位。
static int exclusiveCount(int c) {
return c & EXCLUSIVE_MASK; }
// 读写锁的写锁，获取流程
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
// 拿到当前线程
Thread current = Thread.currentThread();
// 拿到state
int c = getState();
// 拿到了写锁的低16位标识w
int w = exclusiveCount(c);
// c != 0：要么有读操作拿着锁，要么有写操作拿着锁
if (c != 0) {
// 如果w == 0，代表没有写锁，拿不到
// 如果w != 0，代表有写锁，看一下拿占用写锁是不是当前线程，如果不是，拿不到
if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread())
return false;
// 到这，说明肯定是写锁，并且是当前线程持有
// 判断对低位 + 1，是否会超过MAX_COUNT，超过抛Error
if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
// 如果没超过锁重入次数， + 1，返回true，拿到锁资源。
setState(c + acquires);
return true;
}
// 到这，说明c == 0
// 读写锁也分为公平锁和非公平锁
// 公平：看下排队不，排队就不抢了
// 走hasQueuedPredecessors方法，有排队的返回true，没排队的返回false
// 非公平：直接抢！
// 方法实现直接返回false
if (writerShouldBlock() ||
// 以CAS的方式，将state从0修改为 1
!compareAndSetState(c, c + acquires))
// 要么不让抢，要么CAS操作失败，返回false
return false;
// 将当前持有互斥锁的线程，设置为自己
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
addWaiter和acquireQueued和ReentrantLock看的一样，都是AQS自身提供的方法。
写锁-释放锁操作
读写锁的释放操作，跟ReentrantLock一致，只是需要单独获取低16位，判断是否为0，为0就释放成功
// 写锁的释放锁
public final boolean release(int arg) {
// 只有tryRealse是读写锁重新实现的方法，其他的和ReentrantLock一致
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
// 读写锁的真正释放
protected final boolean tryRelease(int releases) {
// 判断释放锁的线程是不是持有锁的线程
if (!isHeldExclusively())
// 不是抛异常
throw new IllegalMonitorStateException();
// 对state - 1
int nextc = getState() - releases;
// 拿着next从获取低16位的值，判断是否为0
boolean free = exclusiveCount(nextc) == 0;
// 返回true
if (free)
// 将持有互斥锁的线程信息置位null
setExclusiveOwnerThread(null);
// 将-1之后的nextc复制给state
setState(nextc);
return free;
}
读锁的操作
读锁的加锁操作
// 读锁加锁操作
public final void acquireShared(int arg) {
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireShared(arg);
}
tryAcquireShared，尝试获取锁资源，获取到返回1，没获取到返回-1
doAcquireShared，前面没拿到锁，这边需要排队
// tryAcquireShared方法
protected final int tryAcquireShared(int unused) {
// 获取当前线程
Thread current = Thread.currentThread();
// 拿到state
int c = getState();
// 那写锁标识，如果 !=0，代表有写锁
if (exclusiveCount(c) != 0 &&
// 如果持有写锁的不是当前线程，排队去！
getExclusiveOwnerThread() != current)
// 排队！
return -1;
// 没有写锁！
// 获取读锁信息
int r = sharedCount(c);
// 公平锁： 有人排队，返回true，直接拜拜，没人排队，返回false
// 非公平锁：正常的逻辑是非公平直接抢，因为是读锁，每次抢占只要CAS成功，必然成功
// 这就会出现问题，写操作无法在读锁的情况抢占资源，导致写线程饥饿，一直阻塞
// 非公平锁会查看next是否是写锁的，如果是，返回true，如果不是返回false
if (!readerShouldBlock() &&
// 查看读锁是否已经达到了最大限制
r < MAX_COUNT &&
// 以CAS的方式，对state的高16位+1
compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {
// 拿到锁资源成功！！！
if (r == 0) {
// 第一个拿到锁资源的线程，用first存储
firstReader = current;
firstReaderHoldCount = 1;
} else if (firstReader == current) {
// 锁重入，第一个拿到读锁的线程，直接对firstReaderHoldCount++记录重入的次数
firstReaderHoldCount++;
} else {
// 不是第一个拿到锁资源的
// 先拿到cachedHoldCounter，最后一个线程的重入次数
HoldCounter rh = cachedHoldCounter;
// rh == null： 第二个拿到读锁的！
// 或者发现之前有最后一个来的，但是不我，将我设置为最后一个。
if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current))
// 获取自己的重入次数，并赋值给cachedHoldCounter
cachedHoldCounter = rh = readHolds.get();
// 之前拿过，现在如果为0，赋值给TL
else if (rh.count == 0)
readHolds.set(rh);
// 重入次数+1，
// 第一个：可能是第一次拿
// 第二个：可能是重入操作
rh.count++;
}
return 1;
}
return fullTryAcquireShared(current);
}
// 通过tryAcquireShared没拿到锁资源，也没返回-1，就走这
final int fullTryAcquireShared(Thread current) {
HoldCounter rh = null;
for (;;) {
// 拿state
int c = getState();
// 现在有互斥锁，不是自己，拜拜！
if (exclusiveCount(c) != 0) {
if (getExclusiveOwnerThread() != current)
return -1;
// 公平：有排队的，进入逻辑。 没排队的，过！
// 非公平：head的next是写不，是，进入逻辑。 如果不是，过！
} else if (readerShouldBlock()) {
// 这里代码特别乱，因为这里的代码为了处理JDK1.5的内存泄漏问题，修改过~
// 这个逻辑里不会让你拿到锁，做被阻塞前的准备
if (firstReader == current) {
// 什么都不做
} else {
if (rh == null) {
// 获取最后一个拿到读锁资源的
rh = cachedHoldCounter;
if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) {
// 拿到我自己的记录重入次数的。
rh = readHolds.get();
// 如果我的次数是0，绝对不是重入操作！
if (rh.count == 0)
// 将我的TL中的值移除掉，不移除会造成内存泄漏
readHolds.remove();
}
}
// 如果我的次数是0，绝对不是重入操作！
if (rh.count == 0)
// 返回-1，等待阻塞吧！
return -1;
}
}
// 超过读锁的最大值了没？
if (sharedCount(c) == MAX_COUNT)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
// 到这，就CAS竞争锁资源
if (compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {
// 跟tryAcquireShared一模一样
if (sharedCount(c) == 0) {
firstReader = current;
firstReaderHoldCount = 1;
} else if (firstReader == current) {
firstReaderHoldCount++;
} else {
if (rh == null)
rh = cachedHoldCounter;
if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current))
rh = readHolds.get();
else if (rh.count == 0)
readHolds.set(rh);
rh.count++;
cachedHoldCounter = rh;
}
return 1;
}
}
}
加锁-扔到队列准备阻塞操作
// 没拿到锁，准备挂起
private void doAcquireShared(int arg) {
// 将当前线程封装为Node，当前Node为共享锁，并添加到队列的模式
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
// 获取上一个节点
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
// 如果我的上一个是head，尝试再次获取锁资源
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
// 如果r大于等于0，代表获取锁资源成功
// 唤醒AQS中我后面的要获取读锁的线程（SHARED模式的Node）
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null;
if (interrupted)
selfInterrupt();
failed = false;
return;
}
}
// 能否挂起当前线程，需要保证我前面Node的状态为-1，才能执行后面操作
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
//LockSupport.park挂起~~
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
总结
ReentrantReadWriteLock的使用可以提高并发性，特别适用于读操作远多于写操作的情况。它相对于排他锁，因为排他锁在同一时间只允许一个线程访问。ReentrantReadWriteLock允许多个读线程同时访问，但不允许写线程和读线程同时访问，也不允许写线程和写线程同时访问。
