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深夜!小胖问我什么是读写锁?插队策略?升降级?(上)

简介: 深夜!小胖问我什么是读写锁?插队策略?升降级?
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读锁 & 写锁


来到多线程的第十二篇,前十一篇请点文末底部的上、下一篇标签。这篇聊聊读写锁。什么是读锁 & 写锁?开篇之前先聊聊这小两口的定义:


640.png

640.png


从上图可以看见,读锁 & 写锁和 ReentrantLock 一样都是实现了 Lock 接口,并且它两还是 ReentrantReadWriteLock 类的内部类。


  • 写锁也叫独占锁,它既能读取数据也能修改数据,同一时间只能有一个线程持有,它是非线程安全的


  • 读锁也叫共享锁,它只能读取数据,允许多个线程同时持有,它是线程安全的


为什么要有读写锁?


回答这个问题之前,试着想象这样一个场景:在没有读写锁的情况下。我们用 ReentrantLock 仍然是可以保证线程安全的,但同时也浪费了资源。因为读操作是线程安全的,我们允许让多个读操作并行,以便提高程序效率。


但是「写操作不是线程安全的」,如果多个线程同时写,或者在写的同时进行读操作,便会造成线程安全问题。


所以,「在读的地方合理使用读锁,在写的地方合理使用写锁,灵活控制,可以提高程序的执行效率」


获取读写锁的规则


看完以上之后,在使用读写锁时遵守下面的 3 个规则:


  • 1、有一个线程已经占用了读锁,则此时其他线程如果要申请读锁,可以申请成功。


  • 2、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,因为读写不能同时操作。


  • 3、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,都必须等待之前的线程释放写锁,同样也因为读写不能同时,并且两个线程不应该同时写。


一句话总结:要么是一个或多个线程同时有读锁,要么是一个线程有写锁,但是两者不会同时出现。也可以总结为:「读读共享、其他都互斥(写写互斥、读写互斥、写读互斥)」


如何使用?


/**
 * 读写锁用法
 */
public class ReadWriteLockDemo {
    private static final ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock(false);
    private static final ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = reentrantReadWriteLock.readLock();
    private static final ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = reentrantReadWriteLock.writeLock();
    private static void read() {
        readLock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "得到读锁,正在读取");
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放读锁");
            readLock.unlock();
        }
    }
    private static void write() {
        writeLock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "得到写锁,正在写入");
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放写锁");
            writeLock.unlock();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 两个线程获取读锁
        new Thread(ReadWriteLockDemo::read).start();
        new Thread(ReadWriteLockDemo::read).start();
        // 两个线程获取写锁
        new Thread(ReadWriteLockDemo::write).start();
        new Thread(ReadWriteLockDemo::write).start();
    }
}


运行结果:


640.png


从运行结果可以看出,读锁可以同时被多个线程获得,而写锁不能。


非公平下的读锁应该插队吗?


首先读写锁也是可以设置公平非公平的。具体可以这样设置:「公平锁在构造传入 true,否则传 false。啥也不传,默认的是非公平锁」


// 读写锁(公平)
ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock(true);
// 读写锁(非公平)
ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock(false);


上一篇聊公平锁 & 非公平锁的时候说过非公平的 ReentrantLock 在释放锁的瞬间是可以被插队的。那这个策略在读写锁这边也是一样的么?这个问题就得看源码了,「我发现不管是公平还是非公平在获取读锁的时候,线程会检查 readerShouldBlock () 方法,同样,在获取写锁之前,线程会检查 writerShouldBlock () 方法,来决定是否需要插队或者是去排队」


首先是公平的情况下,两者都会调用 hasQueuedPredecessors 方法,这个方法还熟悉么?「它的作用就是判断当前线程是否在队首(是否需要排队)」。也就是「只有当前线程是队首,不需要排队。返回 false 的时候才能获取锁,这很公平」


640.png


然后看看不公平的情况,对于想获取写锁的线程而言,由于返回值一直是 false,所以它是随时可以插队的。


640.png


而读锁的情况就有点复杂了,复杂到我不得不画几个图帮你们理解下。首先介绍下场景:4 个线程,他们的名字分别叫狗哥(读线程 1)、渣男小钊(读线程 2)、原谅绿小民(读线程 3)以及一个写线程 1。


现在狗哥和小钊两个读线程同时读取,写线程 1 想要写入,但是由于已经有两个读线程持有锁了,只能去队列等待。这时,小民这个读线程想插队获取读锁。


640.png


这种情况有两种策略:


  • 1、允许插队


由于读锁的线程安全的,多个同时操作也没问题,不增加负担。所以第一种策略就让小民(读线程 3)直接加入到狗哥(读线程 1)和小钊(读线程 2)一起去读取。


但是这会有问题呀。「要是这时又有另一个名叫海王小宝的读线程 4 过来插队,这就会导致读锁长时间内不会被释放,导致写线程 1 长时间内拿不到写锁,也就是那个需要拿到写锁的线程会陷入 "饥饿" 状态,严重点还会饿死」


640.png


  • 2、不允许插队


这种策略认为由于写线程 1 已经提前等待了,所以虽然剩下的读线程直接插队成功,可以提高效率,但是我们依然让读线程去排队等待。


640.png


这种策略的话,「想插队的读线程都会被放入等待队列中,并且排在写线程 1 的后面,让写线程 1 优先于插队的读线程执行,就可以避免 "饥饿" 状态,直到写线程 1 运行完毕,想插队的读线程才有机会运行,这样谁都不会等待太久的时间」


640.png

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