原来这叫读写锁 —— ReentrantReadWriteLock

大家好，我是徒手敲代码。

今天来介绍一下java.util.concurrent.locks包下的ReentrantReadWriteLock

顾名思义，它是读写锁的一种，同一时间，读操作可以有多个线程，但是写操作只能有一个线程，并且读和写不能同时进行；读锁被占用，那么写锁就不能获取，反过来也一样。

之前学过的互斥锁，比如ReentrantLock、synchronized，在任何时候都只允许一个线程访问共享资源，这在读操作远多于写操作的场景下，显得效率很低，因为即使多个读操作之间并不冲突，它们也必须排队等待。

ReentrantReadWriteLock的诞生，正好可以解决这个问题。它通过分离读锁和写锁，使得并发读成为可能。

下面通过阅读源码的方式，来看看大佬是如何设计这个读写锁的。

读写状态的设计

我们知道，基于 AQS 的锁实现，内部都是通过一个int类型的state变量，来维护锁的状态。Java 中，int有 32 位，而ReentrantReadWriteLock就是利用这些位来分别表示读锁和写锁的持有情况，这种设计被称为按位切割使用。

读写锁将变量切分为两个部分，高16位表示读，低16位表示写，通过位运算来快速确定，读和写各自的状态。

写锁的获取和释放

写锁是一个支持重进入的排它锁。如果当前线程已经获取了写锁，则增加写状态；

如果当前线程在获取写锁时，读锁已经被获取（读状态不为0）或者该线程不是已经获取写锁的线程，则当前线程进入等待状态。

看tryAcquire这个方法：

java 复制代码

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    int w = exclusiveCount(c);
    if (c != 0) {
        //存在读锁，或者当前线程不是已经获取写锁的线程
        if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread())
            return false;
        if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT)
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(c + acquires);
        return true;
    }
    if (writerShouldBlock() ||
        !compareAndSetState(c, c + acquires))
        return false;
    setExclusiveOwnerThread(current);
    return true;
}

这里之所以要判断是否存在读锁，因为读写锁要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，还获取写锁，那么正在运行的其他读线程，就没办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都会被阻塞。

至于写锁的释放，跟ReentrantLock的释放过程基本类似，每次释放都会减少写状态，当写状态为0 时，表示写锁已被释放，等待的读写线程能够继续访问读写锁，同时之前写线程的修改，对后续读写线程可见。

读锁的获取

读锁的获取通过tryAcquireShared()方法执行，与写锁不同，只要没有写锁被持有，就可以允许多个读锁同时存在。

该方法会检查当前状态，确保没有写锁且读锁计数未达到最大限制（防止整型溢出）。成功获取后，会增加读锁的重入计数。

读锁的获取方法，代码如下：

ini 复制代码

protected final int tryAcquireShared(int unused) {
    Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (exclusiveCount(c) != 0 &&
        getExclusiveOwnerThread() != current)
        return -1;
    int r = sharedCount(c);
    if (!readerShouldBlock() &&
        r < MAX_COUNT &&
        compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {
        if (r == 0) {
            firstReader = current;
            firstReaderHoldCount = 1;
        } else if (firstReader == current) {
            firstReaderHoldCount++;
        } else {
            HoldCounter rh = cachedHoldCounter;
            if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current))
                cachedHoldCounter = rh = readHolds.get();
            else if (rh.count == 0)
                readHolds.set(rh);
                rh.count++;
            }
        return 1;
    }
    return fullTryAcquireShared(current);
}

这个方法有个很奇怪的点，入参并没有被使用，资料说是占位符。

获取读锁的主要逻辑：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，则当前线程增加读状态（CAS 操作），成功获取读锁。

读锁的释放

直接看tryReleaseShared方法的代码：

ini 复制代码

protected final boolean tryReleaseShared(int unused) {
    Thread current = Thread.currentThread();
    if (firstReader == current) {
        if (firstReaderHoldCount == 1)
            firstReader = null;
        else
            firstReaderHoldCount--;
    } else {
        HoldCounter rh = cachedHoldCounter;
        if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current))
            rh = readHolds.get();
        int count = rh.count;
        if (count <= 1) {
            readHolds.remove();
            if (count <= 0)
                throw unmatchedUnlockException();
        }
        --rh.count;
    }
    for (;;) {
        int c = getState();
        int nextc = c - SHARED_UNIT;
        if (compareAndSetState(c, nextc))
            return nextc == 0;
    }
}

根据当前线程是否首次获取读锁，分别减少读锁的获取计数；然后通过 CAS 操作来释放读锁，因为可能会有多个线程同时释放读锁。

今天的分享到这里结束了。

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