9.JUC线程高级-ReadWriteLock读写锁

前面我们讲解了Lock的使用，下面我们来讲解一下ReadWriteLock锁的使用，顾明思义，读写锁在读的时候，上读锁，在写的时候，上写锁，这样就很巧妙的解决synchronized的一个性能问题：读与读之间互斥。

ReadWriteLock也是一个接口，原型如下：

public interface ReadWriteLock {
    Lock readLock();
    Lock writeLock();
}

该接口只有两个方法，读锁和写锁。也就是说，我们在写文件的时候，可以将读和写分开，分成2个锁来分配给线程，从而可以做到读和读互不影响，读和写互斥，写和写互斥，提高读写文件的效率。该接口也有一个实现类ReentrantReadWriteLock，下面我们就来学习下这个类。

我们先看一下，多线程同时读取文件时，用synchronized实现的效果，代码如下：

public class ReadAndWriteLock {
    public synchronized void get(Thread thread) {
        System.out.println("start time:"+System.currentTimeMillis());
        for(int i=0; i<5; i++){
            try {
                Thread.sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(thread.getName() + ":正在进行读操作……");
        }
        System.out.println(thread.getName() + ":读操作完毕！");
        System.out.println("end time:"+System.currentTimeMillis());
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        final ReadAndWriteLock lock = new ReadAndWriteLock();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                lock.get(Thread.currentThread());
            }
        }).start();
        
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                lock.get(Thread.currentThread());
            }
        }).start();
    }
}

测试结果如下：

start time:1442459467623
Thread-0:正在进行读操作……
Thread-0:正在进行读操作……
Thread-0:正在进行读操作……
Thread-0:正在进行读操作……
Thread-0:正在进行读操作……
Thread-0:读操作完毕！
end time:1442459467723
start time:1442459467723
Thread-1:正在进行读操作……
Thread-1:正在进行读操作……
Thread-1:正在进行读操作……
Thread-1:正在进行读操作……
Thread-1:正在进行读操作……
Thread-1:读操作完毕！
end time:1442459467823

整个过程耗时200ms

我们可以看到，及时是在读取文件，在加了synchronized关键字之后，读与读之间，也是互斥的，也就是说，必须等待Thread-0读完之后，才会轮到Thread-1线程读，而无法做到同时读文件，这种情况在大量线程同时都需要读文件的时候，读写锁的效率，明显要高于synchronized关键字的实现。下面我们来测试一下，代码如下：

public class ReadAndWriteLock {
    ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
    public void get(Thread thread) {
        lock.readLock().lock();
        try{
            System.out.println("start time:"+System.currentTimeMillis());
            for(int i=0; i<5; i++){
                try {
                    Thread.sleep(20);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(thread.getName() + ":正在进行读操作……");
            }
            System.out.println(thread.getName() + ":读操作完毕！");
            System.out.println("end time:"+System.currentTimeMillis());
        }finally{
            lock.readLock().unlock();
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        final ReadAndWriteLock lock = new ReadAndWriteLock();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                lock.get(Thread.currentThread());
            }
        }).start();
        
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                lock.get(Thread.currentThread());
            }
        }).start();
    }
}

测试结果如下：

start time:1442460030593
start time:1442460030593
Thread-1:正在进行读操作……
Thread-0:正在进行读操作……
Thread-1:正在进行读操作……
Thread-0:正在进行读操作……
Thread-1:正在进行读操作……
Thread-0:正在进行读操作……
Thread-1:正在进行读操作……
Thread-0:正在进行读操作……
Thread-1:正在进行读操作……
Thread-0:正在进行读操作……
Thread-0:读操作完毕！
Thread-1:读操作完毕！
end time:1442460030693
end time:1442460030693

整个过程耗时：100ms

从测试结果来看，Thread-0和Thread-1是在同时读取文件。

通过两次实验的对比，我们可以看出来，读写锁的效率明显高于synchronized关键字

不过要注意的是，如果有一个线程已经占用了读锁，则此时其他线程如果要申请写锁，则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。如果有一个线程已经占用了写锁，则此时其他线程如果申请写锁或者读锁，则申请的线程会一直等待释放写锁。读锁和写锁是互斥的。

下面我们来验证下读写锁的互斥关系，代码如下：

public class ReadAndWriteLock {
   ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
    public static void main(String[] args) {
        final ReadAndWriteLock lock = new ReadAndWriteLock();
    // 建N个线程，同时读
        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
        service.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                lock.readFile(Thread.currentThread());
            }
        });
        // 建N个线程，同时写
        ExecutorService service1 = Executors.newCachedThreadPool();
        service1.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                lock.writeFile(Thread.currentThread());
            }
        });
    }
    // 读操作
    public void readFile(Thread thread){
        lock.readLock().lock();
        boolean readLock = lock.isWriteLocked();
        if(!readLock){
            System.out.println("当前为读锁！");
        }
        try{
            for(int i=0; i<5; i++){
                try {
                    Thread.sleep(20);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(thread.getName() + ":正在进行读操作……");
            }
            System.out.println(thread.getName() + ":读操作完毕！");
        }finally{
         System.out.println("释放读锁！");
            lock.readLock().unlock();
        }
    }
    // 写操作
    public void writeFile(Thread thread){
        lock.writeLock().lock();
        boolean writeLock = lock.isWriteLocked();
        if(writeLock){
            System.out.println("当前为写锁！");
        }
        try{
            for(int i=0; i<5; i++){
                try {
                    Thread.sleep(20);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(thread.getName() + ":正在进行写操作……");
            }
            System.out.println(thread.getName() + ":写操作完毕！");
        }finally{
         System.out.println("释放写锁！");
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }
}

测试结果如下：

// 读锁和读锁测试结果：
当前为读锁！
当前为读锁！
pool-2-thread-1:正在进行读操作……
pool-1-thread-1:正在进行读操作……
pool-2-thread-1:正在进行读操作……
pool-1-thread-1:正在进行读操作……
pool-2-thread-1:正在进行读操作……
pool-1-thread-1:正在进行读操作……
pool-2-thread-1:正在进行读操作……
pool-1-thread-1:正在进行读操作……
pool-1-thread-1:正在进行读操作……
pool-2-thread-1:正在进行读操作……
pool-1-thread-1:读操作完毕！
pool-2-thread-1:读操作完毕！
释放读锁！
释放读锁！
// 测试结果不互斥
 
// 读锁和写锁，测试结果如下：
当前为读锁！
pool-1-thread-1:正在进行读操作……
pool-1-thread-1:正在进行读操作……
pool-1-thread-1:正在进行读操作……
pool-1-thread-1:正在进行读操作……
pool-1-thread-1:正在进行读操作……
pool-1-thread-1:读操作完毕！
释放读锁！
当前为写锁！
pool-2-thread-1:正在进行写操作……
pool-2-thread-1:正在进行写操作……
pool-2-thread-1:正在进行写操作……
pool-2-thread-1:正在进行写操作……
pool-2-thread-1:正在进行写操作……
pool-2-thread-1:写操作完毕！
释放写锁！
// 测试结果互斥
 
// 写锁和写锁，测试结果如下：
当前为写锁！
pool-1-thread-1:正在进行写操作……
pool-1-thread-1:正在进行写操作……
pool-1-thread-1:正在进行写操作……
pool-1-thread-1:正在进行写操作……
pool-1-thread-1:正在进行写操作……
pool-1-thread-1:写操作完毕！
释放写锁！
当前为写锁！
pool-2-thread-1:正在进行写操作……
pool-2-thread-1:正在进行写操作……
pool-2-thread-1:正在进行写操作……
pool-2-thread-1:正在进行写操作……
pool-2-thread-1:正在进行写操作……
pool-2-thread-1:写操作完毕！
释放写锁！
// 测试结果互斥

关于锁的内容我们就讲到这里，下面对锁的相关概念做一个介绍：

1.可重入(Reentrant)锁

如果锁具备可重入性，则称作为可重入锁。像synchronized和 ReentrantLock都是可重入锁，可重入性在我看来实际上表明了锁的分配机制：基于线程的分配，而不是基于方法调用的分配。举个简单的例子，当一 个线程执行到某个synchronized方法时，比如说method1，而在method1中会调用另外一个synchronized方法 method2，此时线程不必重新去申请锁，而是可以直接执行方法method2。

看下面这段代码就明白了：

classMyClass {
    public synchronized void method1() {
        method2();
    }
    public synchronized void method2() {
    }
}

上述代码中的两个方法method1和method2都用synchronized修饰了，假如某一时刻，线程A执行到了method1，此时线程 A获取了这个对象的锁，而由于method2也是synchronized方法，假如synchronized不具备可重入性，此时线程A需要重新申请 锁。但是这就会造成一个问题，因为线程A已经持有了该对象的锁，而又在申请获取该对象的锁，这样就会线程A一直等待永远不会获取到的锁。　　而由于synchronized和Lock都具备可重入性，所以不会发生上述现象。

2.可中断锁

可中断锁：顾名思义，就是可以相应中断的锁。
在Java中，synchronized就不是可中断锁，而Lock是可中断锁。

如果某一线程A正在执行锁中的代码，另一线程B正在等待获取该锁，可能由于等待时间过长，线程B不想等待了，想先处理其他事情，我们可以让它中断自己或者在别的线程中中断它，这种就是可中断锁。

3.公平锁

公平锁即尽量以请求锁的顺序来获取锁。比如同是有多个线程在等待一个锁，当这个锁被释放时，等待时间最久的线程（最先请求的线程）会获得该锁，这种就是公平锁。

非公平锁即无法保证锁的获取是按照请求锁的顺序进行的。这样就可能导致某个或者一些线程永远获取不到锁。

在Java中，synchronized就是非公平锁，它无法保证等待的线程获取锁的顺序。

而对于ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock，它默认情况下是非公平锁，但是可以设置为公平锁。设置方法如下：

ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(true);

4、读写锁

前面已经介绍，这里不做赘述