一文了解Java读写锁ReentrantReadWriteLock的使用

概述

ReentrantReadWriteLock不知道大家熟悉吗？其实在实际的项目中用的比较少，反正我所在的项目没有用到过。

ReentrantReadWriteLock称为读写锁，它提供一个读锁，支持多个线程共享同一把锁。它也提供了一把写锁，是独占锁，和其他读锁或者写锁互斥，表明只有一个线程能持有锁资源。通过两把锁的协同工作，能够最大化的提高读写的性能，特别是读多写少的场景，而往往大部分的场景都是读多写少的。

本文主要讲解ReentrantReadWriteLock的使用和应用场景。

ReentrantReadWriteLock介绍

ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口，可以获取到读锁（共享锁），写锁（独占锁）。同时，通过构造方法可以创建锁本身是公平锁还是非公锁。

读写锁机制：

线程进入读锁的前提条件：

• 没有其他线程的写锁

• 没有写请求，或者有写请求但调用线程和持有锁的线程是同一个线程

进入写锁的前提条件：

• 没有其他线程的读锁

• 没有其他线程的写锁

锁升级、降级机制：

我们知道ReentrantLock具备可重入的能力，即同一个线程多次获取锁，不引起阻塞，那么ReentrantReadWriteLock关于可重入性是怎么样的呢？

关于这个问题需要引入两个概念，锁升级，锁降级。

• 锁升级：从读锁变成写锁。

• 锁降级：从写锁变成读锁；

重入时锁升级不支持：持有读锁的情况下去获取写锁会导致获取写锁永久等待，需要先释放读，再去获得写

重入时锁降级支持：持有写锁的情况下去获取读锁，造成只有当前线程会持有读锁，因为写锁会互斥其他的锁

API介绍

构造方法：

• public ReentrantReadWriteLock()：默认构造方法，非公平锁

• public ReentrantReadWriteLock(boolean fair)：true 为公平锁

常用API：

• public ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock()：返回读锁

• public ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock()：返回写锁

• public void lock()：加锁

• public void unlock()：解锁

• public boolean tryLock()：尝试获取锁

代码范式

加解锁格式

r.lock();
try {
   // 临界区
} finally {
r.unlock();
}

锁降级

w.lock();
try {
   r.lock();// 降级为读锁, 释放写锁, 这样能够让其它线程读取缓存
   try {
       // ...
   } finally{
   w.unlock();// 要在写锁释放之前获取读锁
   }
} finally{
r.unlock();
}

实战案例

验证读读共享模式

@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();
   }

运行结果：

两个线程同时运行，都获取到了读锁

验证读写互斥模式

@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();
   }

运行结果：

两个线程间隔1秒，互斥执行

真实缓存例子

什么场景下读多写少？ 想必最先想到的就是缓存把，ReentrantReadWriteLock在缓存场景中就是一个很典型的应用。

缓存更新时，是先清缓存还是先更新数据库？

• 先清缓存：可能造成刚清理缓存还没有更新数据库，高并发下，其他线程直接查询了数据库过期数据到缓存中，这种情况非常严重，直接导致后续所有的请求缓存和数据库不一致。

• 先更新据库：可能造成刚更新数据库，还没清空缓存就有线程从缓存拿到了旧数据，这种情况概率比较小，影响范围有限，只对这一次的查询结果有问题。

显而易见，通常情况下，先更新数据库，然后清空缓存。

public class GenericCachedDao {

// 缓存对象，这里用jvm缓存
   Map<String, String> cache = new HashMap<>();
   // 读写锁
   ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

// 读取操作
   public String getData(String key) {
       // 加读锁，防止其他线程修改缓存
       readWriteLock.readLock().lock();
       try {
           String value = cache.get(key);
           // 如果缓存命中，返回
           if(value != null) {
               return value;
           }
       } finally {
           // 释放读锁
           readWriteLock.readLock().unlock();
       }

//如果缓存没有命中，从数据库中加载
       readWriteLock.writeLock().lock();
       try {
           // 细节，为防止重复查询数据库, 再次验证
           // 因为get 方法上面部分是可能多个线程进来的, 可能已经向缓存填充了数据
           String value = cache.get(key);
           if(value == null) {
               // 这里可以改成从数据库查询
               value = "alvin";
               cache.put(key, value);
           }
           return value;
       } finally {
           readWriteLock.writeLock().unlock();
       }
   }

// 更新数据
   public void updateData(String key, String value) {
       // 加写锁
       readWriteLock.writeLock().lock();
       try {
           // 更新操作TODO

// 清空缓存
           cache.remove(key);
       } finally {
           readWriteLock.writeLock().unlock();
       }
   }
}

getData方法是读取操作，先加读锁，从缓存读取，如果没有命中，加写锁，此时其他线程就不能读取了，等写入成功后，释放读锁。

updateData方法是写操作，更新时加写锁，其他线程此时无法读取，然后清空缓存中的旧数据。

来源：https://juejin.cn/post/7154295629148061726