通俗易懂讀寫鎖ReentrantReadWriteLock的使用

作者：JAVA旭陽 2023-01-06 09:40:20

ReentrantReadWriteLock稱為讀寫鎖，它提供一個讀鎖，支持多個線程共享同一把鎖。它也提供了一把寫鎖，是獨(dú)占鎖，和其他讀鎖或者寫鎖互斥，表明只有一個線程能持有鎖資源。通過兩把鎖的協(xié)同工作，能夠最大化的提高讀寫的性能，特別是讀多寫少的場景，而往往大部分的場景都是讀多寫少的。

?概述

ReentrantReadWriteLock不知道大家熟悉嗎？其實(shí)在實(shí)際的項(xiàng)目中用的比較少，反正我所在的項(xiàng)目沒有用到過。

本文主要講解ReentrantReadWriteLock的使用和應(yīng)用場景。

ReentrantReadWriteLock介紹

ReentrantReadWriteLock實(shí)現(xiàn)了ReadWriteLock接口，可以獲取到讀鎖（共享鎖），寫鎖（獨(dú)占鎖）。同時，通過構(gòu)造方法可以創(chuàng)建鎖本身是公平鎖還是非公鎖。

讀寫鎖機(jī)制：

	讀鎖	寫鎖
讀鎖	共享	互斥
寫鎖	互斥	互斥

線程進(jìn)入讀鎖的前提條件：

沒有其他線程的寫鎖
沒有寫請求，或者有寫請求但調(diào)用線程和持有鎖的線程是同一個線程

進(jìn)入寫鎖的前提條件：

沒有其他線程的讀鎖
沒有其他線程的寫鎖

鎖升級、降級機(jī)制：

我們知道ReentrantLock具備可重入的能力，即同一個線程多次獲取鎖，不引起阻塞，那么ReentrantReadWriteLock關(guān)于可重入性是怎么樣的呢？

關(guān)于這個問題需要引入兩個概念，鎖升級，鎖降級。

鎖升級：從讀鎖變成寫鎖。
鎖降級：從寫鎖變成讀鎖；

重入時鎖升級不支持：持有讀鎖的情況下去獲取寫鎖會導(dǎo)致獲取寫鎖永久等待，需要先釋放讀，再去獲得寫

重入時鎖降級支持：持有寫鎖的情況下去獲取讀鎖，造成只有當(dāng)前線程會持有讀鎖，因?yàn)閷戞i會互斥其他的鎖

API介紹

構(gòu)造方法：

public ReentrantReadWriteLock()：默認(rèn)構(gòu)造方法，非公平鎖
public ReentrantReadWriteLock(boolean fair)：true 為公平鎖

常用API：

public ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock()：返回讀鎖
public ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock()：返回寫鎖
public void lock()：加鎖
public void unlock()：解鎖
public boolean tryLock()：嘗試獲取鎖

代碼范式

加解鎖格式

r.lock();
try {
    // 臨界區(qū)
} finally {
    r.unlock();
}

鎖降級

w.lock();
try {
    r.lock();// 降級為讀鎖, 釋放寫鎖, 這樣能夠讓其它線程讀取緩存
    try {
        // ...
    } finally{
        w.unlock();// 要在寫鎖釋放之前獲取讀鎖
    }
} finally{
    r.unlock();
}

實(shí)戰(zhàn)案例

驗(yàn)證讀讀共享模式

@Test
    public void readReadMode() throws InterruptedException {
        ReentrantReadWriteLock rw = new ReentrantReadWriteLock();
        ReentrantReadWriteLock.ReadLock r = rw.readLock();
        ReentrantReadWriteLock.WriteLock w = rw.writeLock();

        Thread thread0 = new Thread(() -> {
            r.lock();
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println("Thread 1 running " + new Date());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                r.unlock();
            }
        },"t1");

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            r.lock();
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println("Thread 2 running " + new Date());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                r.unlock();
            }
        },"t2");

        thread0.start();
        thread1.start();

        thread0.join();
        thread1.join();
    }

運(yùn)行結(jié)果：

兩個線程同時運(yùn)行，都獲取到了讀鎖

驗(yàn)證讀寫互斥模式

@Test
    public void readWriteMode() throws InterruptedException {
        ReentrantReadWriteLock rw = new ReentrantReadWriteLock();
        ReentrantReadWriteLock.ReadLock r = rw.readLock();
        ReentrantReadWriteLock.WriteLock w = rw.writeLock();

        Thread thread0 = new Thread(() -> {
            r.lock();
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println("Thread 1 running " + new Date());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                r.unlock();
            }
        },"t1");

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            w.lock();
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println("Thread 2 running " + new Date());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                w.unlock();
            }
        },"t2");

        thread0.start();
        thread1.start();

        thread0.join();
        thread1.join();
    }

運(yùn)行結(jié)果：

兩個線程間隔1秒，互斥執(zhí)行

真實(shí)緩存例子

什么場景下讀多寫少？想必最先想到的就是緩存把，ReentrantReadWriteLock在緩存場景中就是一個很典型的應(yīng)用。

緩存更新時，是先清緩存還是先更新數(shù)據(jù)庫？

先清緩存：可能造成剛清理緩存還沒有更新數(shù)據(jù)庫，高并發(fā)下，其他線程直接查詢了數(shù)據(jù)庫過期數(shù)據(jù)到緩存中，這種情況非常嚴(yán)重，直接導(dǎo)致后續(xù)所有的請求緩存和數(shù)據(jù)庫不一致。
先更新?lián)欤嚎赡茉斐蓜偢聰?shù)據(jù)庫，還沒清空緩存就有線程從緩存拿到了舊數(shù)據(jù)，這種情況概率比較小，影響范圍有限，只對這一次的查詢結(jié)果有問題。

顯而易見，通常情況下，先更新數(shù)據(jù)庫，然后清空緩存。

public class GenericCachedDao {

    // 緩存對象，這里用jvm緩存
    Map<String, String> cache = new HashMap<>();
    // 讀寫鎖
    ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

    // 讀取操作
    public String getData(String key) {
        // 加讀鎖，防止其他線程修改緩存
        readWriteLock.readLock().lock();
        try {
            String value = cache.get(key);
            // 如果緩存命中，返回
            if(value != null) {
                return value;
            }
        } finally {
            // 釋放讀鎖
            readWriteLock.readLock().unlock();
        }

        //如果緩存沒有命中，從數(shù)據(jù)庫中加載
        readWriteLock.writeLock().lock();
        try {
            // 細(xì)節(jié)，為防止重復(fù)查詢數(shù)據(jù)庫, 再次驗(yàn)證
            // 因?yàn)間et 方法上面部分是可能多個線程進(jìn)來的, 可能已經(jīng)向緩存填充了數(shù)據(jù)
            String value = cache.get(key);
            if(value == null) {
                // 這里可以改成從數(shù)據(jù)庫查詢
                value = "alvin";
                cache.put(key, value);
            }
            return value;
        } finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }

    // 更新數(shù)據(jù)
    public void updateData(String key, String value) {
        // 加寫鎖
        readWriteLock.writeLock().lock();
        try {
            // 更新操作TODO

            // 清空緩存
            cache.remove(key);
        } finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }
}