JUC锁: ReentrantReadWriteLock详解

2024 年 04 月 08 日

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ReentrantReadWriteLock 是 Java 并发包（java.util.concurrent.locks）中提供的一种读写锁实现，它提供了一种高效的读写分离锁机制，允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程进行写操作，从而在保证数据一致性的前提下，提高了并发访问的效率。

ReentrantReadWriteLock 的特点

重入性：该锁支持重入。读线程可以重复获取读锁，写线程也可以重复获取写锁。同时，写线程获取写锁后也能获取读锁，但是读线程拥有读锁后不能升级为写锁。
公平性选择：构造函数接受一个布尔值，来决定锁是公平的还是非公平的。公平锁意味着等待时间最长的线程会优先得到锁。
锁降级：写线程持有写锁状态下可以获取读锁，进而释放写锁，这种机制叫做锁降级，可以缩小数据不一致的窗口期。
读写分离：多个线程可以同时持有读锁，而写锁是独占的。这种读写分离的设计能在很多场景下提高性能，尤其是读多写少的场景。

如何使用

ReentrantReadWriteLock 包含两个主要部分：ReadLock 和 WriteLock。在操作数据前，需要根据数据的读写操作获取对应的锁。

ReentrantReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
Lock readLock = readWriteLock.readLock();
Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();

// 获取读锁进行读取操作
readLock.lock();
try {
    // 执行读取操作
} finally {
    readLock.unlock();
}

// 获取写锁进行写入操作
writeLock.lock();
try {
    // 执行写入操作
} finally {
    writeLock.unlock();
}

源码分析

ReentrantReadWriteLock 内部通过使用两个类：ReadLock 和 WriteLock 来分别管理读锁状态和写锁状态。锁状态是通过维护一个整数（一个 32 位的 int）来实现的，其中高 16 位代表读状态，低 16 位代表写状态。

写锁的获取和释放都要先检查读锁状态，保证没有线程在执行读操作时才能获取写锁。写锁是独占的，一旦写锁被获取，其他线程无法获取读锁或写锁。

读锁的获取则允许在没有写锁或者当前线程持有写锁时成功。这意味着读锁是可以与其他读锁共享的，但一旦有线程请求写锁，新来的读锁必须等待，以避免写锁饿死。

关于线程的等待队列，ReentrantReadWriteLock 按公平和非公平方式分别维护了两个队列。公平锁会在队列中严格按照等待时间来分配锁，而非公平锁则可能会允许在队列外的线程抢到锁，这会降低上下文切换的开销从而提升效率，但同时也带来了潜在的公平性问题。

适用场景

ReentrantReadWriteLock 是为读多写少的并发场景而设计的。在读操作远远多于写操作的情况下，使用读写锁可以比使用独占锁（如 ReentrantLock）显著提高并发性能。

写操作期间不允许任何读操作的发生，若写操作很少但耗时，最好是快速完成以避免长时间阻塞读操作。

结论

ReentrantReadWriteLock 主要用于实现高性能的并发读取，而在写操作相对较少的场景中表现尤为突出。它保证了数据的一致性和线程安全，在合适的场合合理使用 ReentrantReadWriteLock，可以实现更加细粒度的控制，并显著提升应用性能。然而，需要注意它的复杂度较一般的互斥锁高，因此在选择使用时要仔细考虑其适用场景。