java 可重入读写锁 ReentrantReadWriteLock 详解

读写锁 ReadWriteLock读写锁维护了一对相关的锁，一个用于只读操作，一个用于写入操作。只要没有writer，读取锁可以由多个reader线程同时保持。写入锁是独占的。
互斥锁一次只允许一个线程访问共享数据，哪怕进行的是只读操作；读写锁允许对共享数据进行更高级别的并发访问：对于写操作，一次只有一个线程（write线程）可以修改共享数据，对于读操作，允许任意数量的线程同时进行读取。
与互斥锁相比，使用读写锁能否提升性能则取决于读写操作期间读取数据相对于修改数据的频率，以及数据的争用——即在同一时间试图对该数据执行读取或写入操作的线程数。
读写锁适用于读多写少的情况。
可重入读写锁 ReentrantReadWriteLock
属性ReentrantReadWriteLock 也是基于 AbstractQueuedSynchronizer 实现的，它具有下面这些属性（来自Java doc文档）：

     * 获取顺序：此类不会将读取者优先或写入者优先强加给锁访问的排序。

          * 非公平模式（默认）：连续竞争的非公平锁可能无限期地推迟一个或多个reader或writer线程，但吞吐量通常要高于公平锁。
          * 公平模式：线程利用一个近似到达顺序的策略来争夺进入。当释放当前保持的锁时，可以为等待时间最长的单个writer线程分配写入锁，如果有一组等待时间大于所有正在等待的writer线程的reader，将为该组分配读者锁。
          * 试图获得公平写入锁的非重入的线程将会阻塞，除非读取锁和写入锁都自由（这意味着没有等待线程）。

     * 重入：此锁允许reader和writer按照 ReentrantLock 的样式重新获取读取锁或写入锁。在写入线程保持的所有写入锁都已经释放后，才允许重入reader使用读取锁。
writer可以获取读取锁，但reader不能获取写入锁。
     * 锁降级：重入还允许从写入锁降级为读取锁，实现方式是：先获取写入锁，然后获取读取锁，最后释放写入锁。但是，从读取锁升级到写入锁是不可能的。
     * 锁获取的中断：读取锁和写入锁都支持锁获取期间的中断。
     * Condition 支持：写入锁提供了一个 Condition 实现，对于写入锁来说，该实现的行为与 ReentrantLock.newCondition() 提供的Condition 实现对 ReentrantLock 所做的行为相同。当然，此 Condition 只能用于写入锁。
读取锁不支持 Condition，readLock().newCondition() 会抛出 UnsupportedOperationException。
     * 监测：此类支持一些确定是读取锁还是写入锁的方法。这些方法设计用于监视系统状态，而不是同步控制。

实现AQS 回顾在之前的文章已经提到，AQS以单个 int 类型的原子变量来表示其状态，定义了4个抽象方法（ tryAcquire(int)、tryRelease(int)、tryAcquireShared(int)、tryReleaseShared(int)，前两个方法用于独占/排他模式，后两个用于共享模式 ）留给子类实现，用于自定义同步器的行为以实现特定的功能。
对于 ReentrantLock，它是可重入的独占锁，内部的 Sync 类实现了 tryAcquire(int)、tryRelease(int) 方法，并用状态的值来表示重入次数，加锁或重入锁时状态加 1，释放锁时状态减 1，状态值等于 0 表示锁空闲。
对于 CountDownLatch，它是一个关卡，在条件满足前阻塞所有等待线程，条件满足后允许所有线程通过。内部类 Sync 把状态初始化为大于 0 的某个值，当状态大于 0 时所有wait线程阻塞，每调用一次 countDown 方法就把状态值减 1，减为 0 时允许所有线程通过。利用了AQS的共享模式。
现在，要用AQS来实现 ReentrantReadWriteLock。
一点思考问题
     * AQS只有一个状态，那么如何表示 多个读锁 与 单个写锁 呢？
     * ReentrantLock 里，状态值表示重入计数，现在如何在AQS里表示每个读锁、写锁的重入次数呢？
     * 如何实现读锁、写锁的公平性呢？

一点提示
     * 一个状态是没法既表示读锁，又表示写锁的，不够用啊，那就辦成两份用了，客家话说一个饭粒咬成两半吃，状态的高位部分表示读锁，低位表示写锁，由于写锁只有一个，所以写锁的重入计数也解决了，这也会导致写锁可重入的次数减小。
     * 由于读锁可以同时有多个，肯定不能再用辦成两份用的方法来处理了，但我们有 ThreadLocal，可以把线程重入读锁的次数作为值存在 ThreadLocal 里。
     * 对于公平性的实现，可以通过AQS的等待队列和它的抽象方法来控制，在状态值的另一半里存储当前持有读锁的线程数。如果读线程申请读锁，当前写锁重入次数不为 0 时，则等待，否则可以马上分配；如果是写线程申请写锁，当前状态为 0 则可以马上分配，否则等待。

源码分析现在来看看具体的实现源码。
辦成两份AQS 的状态是32位（int 类型）的，辦成两份，读锁用高16位，表示持有读锁的线程数（sharedCount），写锁低16位，表示写锁的重入次数 （exclusiveCount）。状态值为 0 表示锁空闲，sharedCount不为 0 表示分配了读锁，exclusiveCount 不为 0 表示分配了写锁，sharedCount和exclusiveCount 肯定不会同时不为 0。

读锁重入计数

写锁获取与释放写锁的获取与释放通过 tryAcquire 和 tryRelease 方法实现，源码文件里有这么一段说明：tryRelease 和 tryAcquire 可能被Conditions 调用。因此可能出现参数里包含在条件等待和用 tryAcquire 重新获取到锁的期间内已经释放的 读和写 计数。
这说明看起来像是在 tryAcquire 里设置状态时要考虑方法参数(acquires)的高位部分，其实是不需要的。由于写锁是独占的，acquires 表示的只能是写锁的计数，如果当前线程成功获取写锁，只需要简单地把当前状态加上 acquires 的值即可，tryRelease 里直接减去其参数值即可。

读锁获取与释放// 参数变为 unused 是因为读锁的重入计数是内部维护的。

现在用奇数表示申请读锁的读线程，偶数表示申请写锁的写线程，每个数都表示一个不同的线程，存在下面这样的申请队列，假设开始时锁空闲：
1  3  5  0  7  9  2  4

读线程1申请读锁时，锁是空闲的，马上分配，读线程3、5申请时，由于已分配读锁，它们也可以马上获取读锁。
假设此时有线程11申请读锁，由于它不是读锁重入，只能等待。而线程1再次申请读锁是可以的，因为它的重入。
写线程0申请写锁时，由于分配了读锁，只能等待，当读线程1、3、5都释放读锁后，线程0可以获取写锁。
线程0释放后，线程7、9获取读锁，它们释放后，线程2获取写锁，此时线程4必须等待线程2释放。
线程4在线程2释放写锁后获取写锁，它释放写锁后，锁恢复空闲。