文章目录
- 4、深入ReentrantReadWriteLock
- 4.1 为什么要出现读写锁
- 4.2 读写锁的实现原理
- 4.3 写锁分析
- 4.3.1 写锁加锁流程概述
- 4.3.2 写锁加锁源码分析
- 4.3.3 写锁释放锁流程概述&释放锁源码
- 4.4 读锁分析
- 4.4.1 读锁加锁流程概述
- 4.4.1.1 基础读锁流程
- 4.4.1.2 读锁重入流程
- 4.4.1.3 读锁加锁的后续逻辑fullTryAcquireShared
- 4.4.1.4 读线程在AQS队列获取锁资源的后续操作
- 4.4.2 读锁的释放锁流程
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4、深入ReentrantReadWriteLock
4.1 为什么要出现读写锁
synchronized和ReentrantLock都是互斥锁。
如果说有一个操作是读多写少的，还要保证线程安全的话。如果采用上述的两种互斥锁，效率方面很定是很低的。
在这种情况下，咱们就可以使用ReentrantReadWriteLock读写锁去实现。
读读之间是不互斥的，可以读和读操作并发执行。
但是如果涉及到了写操作，那么还得是互斥的操作。
static ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = lock.writeLock();
static ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = lock.readLock();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(() -> {
readLock.lock();
try {
System.out.println("子线程！");
try {
Thread.sleep(500000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} finally {
readLock.unlock();
}
}).start();
Thread.sleep(1000);
writeLock.lock();
try {
System.out.println("主线程！");
} finally {
writeLock.unlock();
}
}
4.2 读写锁的实现原理
ReentrantReadWriteLock还是基于AQS实现的，还是对state进行操作，拿到锁资源就去干活，如果没有拿到，依然去AQS队列中排队。
读锁操作：基于state的高16位进行操作。
写锁操作：基于state的低16为进行操作。
ReentrantReadWriteLock依然是可重入锁。
写锁重入：读写锁中的写锁的重入方式，基本和ReentrantLock一致，没有什么区别，依然是对state进行+1操作即可，只要确认持有锁资源的线程，是当前写锁线程即可。只不过之前ReentrantLock的重入次数是state的正数取值范围，但是读写锁中写锁范围就变小了。
读锁重入：因为读锁是共享锁。读锁在获取锁资源操作时，是要对state的高16位进行 + 1操作。因为读锁是共享锁，所以同一时间会有多个读线程持有读锁资源。这样一来，多个读操作在持有读锁时，无法确认每个线程读锁重入的次数。为了去记录读锁重入的次数，每个读操作的线程，都会有一个ThreadLocal记录锁重入的次数。
写锁的饥饿问题：读锁是共享锁，当有线程持有读锁资源时，再来一个线程想要获取读锁，直接对state修改即可。在读锁资源先被占用后，来了一个写锁资源，此时，大量的需要获取读锁的线程来请求锁资源，如果可以绕过写锁，直接拿资源，会造成写锁长时间无法获取到写锁资源。
读锁在拿到锁资源后，如果再有读线程需要获取读锁资源，需要去AQS队列排队。如果队列的前面需要写锁资源的线程，那么后续读线程是无法拿到锁资源的。持有读锁的线程，只会让写锁线程之前的读线程拿到锁资源
4.3 写锁分析
4.3.1 写锁加锁流程概述
4.3.2 写锁加锁源码分析
写锁加锁流程
// 写锁加锁的入口
public void lock() {
sync.acquire(1);
}
// 阿巴阿巴！！
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
// 读写锁的写锁实现tryAcquire
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
// 拿到当前线程
Thread current = Thread.currentThread();
// 拿到state的值
int c = getState();
// 得到state低16位的值
int w = exclusiveCount(c);
// 判断是否有线程持有着锁资源
if (c != 0) {
// 当前没有线程持有写锁，读写互斥，告辞。
// 有线程持有写锁，持有写锁的线程不是当前线程，不是锁重入，告辞。
if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread())
return false;
// 当前线程持有写锁。 锁重入。
if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
// 没有超过锁重入的次数，正常 + 1
setState(c + acquires);
return true;
}
// 尝试获取锁资源
if (writerShouldBlock() ||
// CAS拿锁
!compareAndSetState(c, c + acquires))
return false;
// 拿锁成功，设置占有互斥锁的线程
setExclusiveOwnerThread(current);
// 返回true
return true;
}
// ================================================================
// 这个方法是将state的低16位的值拿到
int w = exclusiveCount(c);
state & ((1 << 16) - 1)
00000000 00000000 00000000 00000001 == 1
00000000 00000001 00000000 00000000 == 1 << 16
00000000 00000000 11111111 11111111 == (1 << 16) - 1
&运算，一个为0，必然为0，都为1，才为1
// ================================================================
// writerShouldBlock方法查看公平锁和非公平锁的效果
// 非公平锁直接返回false执行CAS尝试获取锁资源
// 公平锁需要查看是否有排队的，如果有排队的，我是否是head的next
4.3.3 写锁释放锁流程概述&释放锁源码
释放的流程和ReentrantLock一致，只是在判断释放是否干净时，判断低16位的值
// 写锁释放锁的tryRelease方法
protected final boolean tryRelease(int releases) {
// 判断当前持有写锁的线程是否是当前线程
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
// 获取state - 1
int nextc = getState() - releases;
// 判断低16位结果是否为0，如果为0，free设置为true
boolean free = exclusiveCount(nextc) == 0;
if (free)
// 将持有锁的线程设置为null
setExclusiveOwnerThread(null);
// 设置给state
setState(nextc);
// 释放干净，返回true。 写锁有冲入，这里需要返回false，不去释放排队的Node
return free;
}
4.4 读锁分析
4.4.1 读锁加锁流程概述
- 分析读锁加速的基本流程
- 分析读锁的可重入锁实现以及优化
- 解决ThreadLocal内存泄漏问题
- 读锁获取锁自后，如果唤醒AQS中排队的读线程
4.4.1.1 基础读锁流程
针对上述简单逻辑的源码分析
// 读锁加锁的方法入口
public final void acquireShared(int arg) {
// 竞争锁资源滴干活
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
// 没拿到锁资源，去排队
doAcquireShared(arg);
}
// 读锁竞争锁资源的操作
protected final int tryAcquireShared(int unused) {
// 拿到当前线程
Thread current = Thread.currentThread();
// 拿到state
int c = getState();
// 拿到state的低16位，判断 != 0，有写锁占用着锁资源
// 并且，当前占用锁资源的线程不是当前线程
if (exclusiveCount(c) != 0 && getExclusiveOwnerThread() != current)
// 写锁被其他线程占用，无法获取读锁，直接返回 -1，去排队
return -1;
// 没有线程持有写锁、当前线程持有写锁
// 获取读锁的信息，state的高16位。
int r = sharedCount(c);
// 公平锁：就查看队列是由有排队的，有排队的，直接告辞，进不去if，后面也不用判断（没人排队继续走）
// 非公平锁：没有排队的，直接抢。 有排队的，但是读锁其实不需要排队，如果出现这个情况，大部分是写锁资源刚刚释放，
// 后续Node还没有来记得拿到读锁资源，当前竞争的读线程，可以直接获取
if (!readerShouldBlock() &&
// 判断持有读锁的临界值是否达到
r < MAX_COUNT &&
// CAS修改state，对高16位进行 + 1
compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {
// 省略部分代码！！！！
return 1;
}
return fullTryAcquireShared(current);
}
// 非公平锁的判断
final boolean apparentlyFirstQueuedIsExclusive() {
Node h, s;
return (h = head) != null && // head为null，可以直接抢占锁资源
(s = h.next) != null && // head的next为null，可以直接抢占锁资源
!s.isShared() && // 如果排在head后面的Node，是共享锁，可以直接抢占锁资源。
s.thread != null; // 后面排队的thread为null，可以直接抢占锁资源
}
4.4.1.2 读锁重入流程
=============重入操作
前面阐述过，读锁为了记录锁重入的次数，需要让每个读线程用ThreadLocal存储重入次数
ReentrantReadWriteLock对读锁重入做了一些优化操作
============记录重入次数的核心
ReentrantReadWriteLock在内部对ThreadLocal做了封装，基于HoldCount的对象存储重入次数，在内部有个count属性记录，而且每个线程都是自己的ThreadLocalHoldCounter，所以可以直接对内部的count进行++操作。
=============第一个获取读锁资源的重入次数记录方式
第一个拿到读锁资源的线程，不需要通过ThreadLocal存储，内部提供了两个属性来记录第一个拿到读锁资源线程的信息
内部提供了firstReader记录第一个拿到读锁资源的线程，firstReaderHoldCount记录firstReader的锁重入次数
==============最后一个获取读锁资源的重入次数记录方式
最后一个拿到读锁资源的线程，也会缓存他的重入次数，这样++起来更方便
基于cachedHoldCounter缓存最后一个拿到锁资源现成的重入次数
==============最后一个获取读锁资源的重入次数记录方式
重入次数的流程执行方式：
1、判断当前线程是否是第一个拿到读锁资源的：如果是，直接将firstReader以及firstReaderHoldCount设置为当前线程的信息
2、判断当前线程是否是firstReader：如果是，直接对firstReaderHoldCount++即可。
3、跟firstReader没关系了，先获取cachedHoldCounter，判断是否是当前线程。
3.1、如果不是，获取当前线程的重入次数，将cachedHoldCounter设置为当前线程。
3.2、如果是，判断当前重入次数是否为0，重新设置当前线程的锁从入信息到readHolds（ThreadLocal）中，算是初始化操作，重入次数是0
3.3、前面两者最后都做count++
上述逻辑源码分析
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)) {
// ===============================================================
// 判断r == 0，当前是第一个拿到读锁资源的线程
if (r == 0) {
// 将firstReader设置为当前线程
firstReader = current;
// 将count设置为1
firstReaderHoldCount = 1;
}
// 判断当前线程是否是第一个获取读锁资源的线程
else if (firstReader == current) {
// 直接++。
firstReaderHoldCount++;
}
// 到这，就说明不是第一个获取读锁资源的线程
else {
// 那获取最后一个拿到读锁资源的线程
HoldCounter rh = cachedHoldCounter;
// 判断当前线程是否是最后一个拿到读锁资源的线程
if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current))
// 如果不是，设置当前线程为cachedHoldCounter
cachedHoldCounter = rh = readHolds.get();
// 当前线程是之前的cacheHoldCounter
else if (rh.count == 0)
// 将当前的重入信息设置到ThreadLocal中
readHolds.set(rh);
// 重入的++
rh.count++;
}
// ===============================================================
return 1;
}
return fullTryAcquireShared(current);
}
4.4.1.3 读锁加锁的后续逻辑fullTryAcquireShared
// tryAcquireShard方法中，如果没有拿到锁资源，走这个方法，尝试再次获取，逻辑跟上面基本一致。
final int fullTryAcquireShared(Thread current) {
// 声明当前线程的锁重入次数
HoldCounter rh = null;
// 死循环
for (;;) {
// 再次拿到state
int c = getState();
// 当前如果有写锁在占用锁资源，并且不是当前线程，返回-1，走排队策略
if (exclusiveCount(c) != 0) {
if (getExclusiveOwnerThread() != current)
return -1;
}
// 查看当前是否可以尝试竞争锁资源（公平锁和非公平锁的逻辑）
else if (readerShouldBlock()) {
// 无论公平还是非公平，只要进来，就代表要放到AQS队列中了，先做一波准备
// 在处理ThreadLocal的内存泄漏问题
if (firstReader == current) {
// 如果当前当前线程是之前的firstReader，什么都不用做
} else {
// 第一次进来是null。
if (rh == null) {
// 拿到最后一个获取读锁的线程
rh = cachedHoldCounter;
// 当前线程并不是cachedHoldCounter，没到拿到
if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) {
// 从自己的ThreadLocal中拿到重入计数器
rh = readHolds.get();
// 如果计数器为0，说明之前没拿到过读锁资源
if (rh.count == 0)
// remove，避免内存泄漏
readHolds.remove();
}
}
// 前面处理完之后，直接返回-1
if (rh.count == 0)
return -1;
}
}
// 判断重入次数，是否超出阈值
if (sharedCount(c) == MAX_COUNT)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
// CAS尝试获取锁资源
if (compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {
if (sharedCount(c) == 0) {
firstReader = current;
firstReaderHoldCount = 1;
} else if (firstReader == current) {
firstReaderHoldCount++;
} else {
if (rh == null)
rh = cachedHoldCounter;
if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current))
rh = readHolds.get();
else if (rh.count == 0)
readHolds.set(rh);
rh.count++;
cachedHoldCounter = rh; // cache for release
}
return 1;
}
}
}
4.4.1.4 读线程在AQS队列获取锁资源的后续操作
1、正常如果都是读线程来获取读锁资源，不需要使用到AQS队列的，直接CAS操作即可
2、如果写线程持有着写锁，这是读线程就需要进入到AQS队列排队，可能会有多个读线程在AQS中。
当写锁释放资源后，会唤醒head后面的读线程，当head后面的读线程拿到锁资源后，还需要查看next节点是否也是读线程在阻塞，如果是，直接唤醒
源码分析
// 读锁需要排队的操作
private void doAcquireShared(int arg) {
// 声明Node，类型是共享锁，并且扔到AQS中排队
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
// 拿到上一个节点
final Node p = node.predecessor();
// 如果prev节点是head，直接可以执行tryAcquireShared
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
// 拿到读锁资源后，需要做的后续处理
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
if (interrupted)
selfInterrupt();
failed = false;
return;
}
}
// 找到prev有效节点，将状态设置为-1，挂起当前线程
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
// 拿到head节点
Node h = head;
// 将当前节点设置为head节点
setHead(node);
// 第一个判断更多的是在信号量有处理JDK1.5 BUG的操作。
if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 || (h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
// 拿到当前Node的next节点
Node s = node.next;
// 如果next节点是共享锁，直接唤醒next节点
if (s == null || s.isShared())
doReleaseShared();
}
}
4.4.2 读锁的释放锁流程
1、处理重入以及state的值
2、唤醒后续排队的Node
源码分析
// 读锁释放锁流程
public final boolean releaseShared(int arg) {
// tryReleaseShared：处理state的值，以及可重入的内容
if (tryReleaseShared(arg)) {
// AQS队列的事！
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
// 1、 处理重入问题 2、 处理state
protected final boolean tryReleaseShared(int unused) {
// 拿到当前线程
Thread current = Thread.currentThread();
// 如果是firstReader，直接干活，不需要ThreadLocal
if (firstReader == current) {
// assert firstReaderHoldCount > 0;
if (firstReaderHoldCount == 1)
firstReader = null;
else
firstReaderHoldCount--;
}
// 不是firstReader，从cachedHoldCounter以及ThreadLocal处理
else {
// 如果是cachedHoldCounter，正常--
HoldCounter rh = cachedHoldCounter;
// 如果不是cachedHoldCounter，从自己的ThreadLocal中拿
if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current))
rh = readHolds.get();
int count = rh.count;
// 如果为1或者更小，当前线程就释放干净了，直接remove，避免value内存泄漏
if (count <= 1) {
readHolds.remove();
// 如果已经是0，没必要再unlock，扔个异常
if (count <= 0)
throw unmatchedUnlockException();
}
// -- 走你。
--rh.count;
}
for (;;) {
// 拿到state，高16位，-1，成功后，返回state是否为0
int c = getState();
int nextc = c - SHARED_UNIT;
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
// 唤醒AQS中排队的线程
private void doReleaseShared() {
// 死循环
for (;;) {
// 拿到头
Node h = head;
// 说明有排队的
if (h != null && h != tail) {
// 拿到head的状态
int ws = h.waitStatus;
// 判断是否为 -1
if (ws == Node.SIGNAL) {
// 到这，说明后面有挂起的线程，先基于CAS将head的状态从-1，改为0
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue;
// 唤醒后续节点
unparkSuccessor(h);
}
// 这里不是给读写锁准备的，在信号量里说。。。
else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue;
}
// 这里是出口
if (h == head)
break;
}
}
![[创业之路-289]：《产品开发管理-方法.流程.工具 》-15- 需求管理 - 第1步：原始需求收集](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/7b636c44059848b0b00c9f7cbc08ef2a.png)
