Java并发JUC—ReentrantReadWriteLock有坑，小心读锁！

Posted 2020-11-24 九月肃霜凉

载自：https://my.oschina.net/meandme/blog/1839265

好长一段时间前，某些场景需要JUC的读写锁，但在某个时刻内读写线程都报超时预警（长时间无响应），看起来像是锁竞争过程中出现死锁（我猜）。经过排查项目并没有能造成死锁的可疑之处，因为业务代码并不复杂（仅仅是一个计算过程），经几番折腾，把注意力转移到JDK源码，正文详细说下ReentrantReadWriteLock的隐藏坑点。

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过程大致如下：

• 若干个读写线程抢占读写锁
• 读线程手脚快，优先抢占到读锁（其中少数线程任务较重，执行时间较长）
• 写线程随即尝试获取写锁，未成功，进入双列表进行等待
• 随后读线程也进来了，要去拿读锁

问题：优先得到锁的读线程执行时间长达73秒，该时段写线程等待是理所当然的，那读线程也应该能够得到读锁才对，因为是共享锁，是吧？但预警结果并不是如此，超时任务线程中大部分为读。究竟是什么让读线程无法抢占到读锁，而导致响应超时呢？

把场景简化为如下的测试代码：读——写——读 线程依次尝试获取ReadWriteLock，用空转替换执行时间过长。

执行结果：控制台仅打印出Thread[读线程 -- 1,5,main]，既是说读线程 -- 2并没有抢占到读锁，跟上诉的表现似乎一样。

public class ReadWriteLockTest {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    TestLock testLock = new TestLock();
    Thread read1 = new Thread(new ReadThread(testLock), "读线程 -- 1");
    read1.start();
    Thread.sleep(100);
    Thread write = new Thread(new WriteThread(testLock), "写线程 -- 1");
    write.start();
    Thread.sleep(100);
    Thread read2 = new Thread(new ReadThread(testLock), "读线程 -- 2");
    read2.start();
  }

  private class TestLock {
    private String string = null;
    private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
    private Lock readLock = readWriteLock.readLock();
    private Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();

    public void set(String s) {
      writeLock.lock();
      try {
//      writeLock.tryLock(10, TimeUnit.SECONDS);
        string = s;
      } finally {
        writeLock.unlock();
      }
    }

    public String getString() {
      readLock.lock();
      System.out.println(Thread.currentThread());
      try {
        while (true) {
        }
      } finally {
        readLock.unlock();
      }
    }
  }

  class WriteThread implements Runnable {
    private TestLock testLock;
    public WriteThread(TestLock testLock) {
      this.testLock = testLock;
    }

    @Override
    public void run() {
      testLock.set("射不进去，怎么办？");
    }
  }

  class ReadThread implements Runnable {
    private TestLock testLock;
    public ReadThread(TestLock testLock) {
      this.testLock = testLock;
    }

    @Override
    public void run() {
      testLock.getString();
    }
  }
}

我们用jstack查看一下线程，看到读线程2和写线程1确实处于WAITING的状态。

排查项目后，业务代码并没有问题，转而看下ReentrantReadWriteLock或AQS是否有什么问题被我忽略的。

第一时间关注共享锁，因为独占锁的实现逻辑我确定很清晰了，很快我似乎看到自己想要的方法。

public static class ReadLock implements Lock, java.io.Serializable {
  public void lock() {
    //if(tryAcquireShared(arg) < 0) doAcquireShared(arg);
    sync.acquireShared(1);
  }
}
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
  protected final int tryAcquireShared(int unused) {
    Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    //计算stata，若独占锁被占，且持有锁非本线程，返回-1等待挂起
    if (exclusiveCount(c) != 0 &&
      getExclusiveOwnerThread() != current)
      return -1;
    //计算获取共享锁的线程数
    int r = sharedCount(c);
    //readerShouldBlock检查读线程是否要阻塞
    if (!readerShouldBlock() &&
      //线程数必须少于65535
      r < MAX_COUNT &&
      //符合上诉两个条件，CAS(r, r+1)
      compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {
      //下面的逻辑就不说了，很简单
      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);
  }
}

嗯，没错，方法readerShouldBlock()十分瞩目，几乎不用看上下文就定位到该方法。因为默认非公平锁，所以直接关注NonfairSync。

static final class NonfairSync extends Sync {
  final boolean writerShouldBlock() {
      return false;
  }
  final boolean readerShouldBlock() {
    return apparentlyFirstQueuedIsExclusive();
  }
}
//下面方法在ASQ中
final boolean apparentlyFirstQueuedIsExclusive() {
  Node h, s;
  return (h = head) != null && //head非空
      (s = h.next)  != null && //后续节点非空
      !s.isShared()         && //后续节点是否为写线程
      s.thread != null;        //后续节点线程非空
}

apparentlyFirstQueuedIsExclusive什么作用，检查持锁线程head后续节点s是否为写锁，若真则返回true。结合tryAcquireShared的逻辑，如果true意味着读线程会被挂起无法共享锁。

这好像就说得通了，当持锁的是读线程时，跟随其后的是一个写线程，那么再后面来的读线程是无法获取读锁的，只有等待写线程执行完后，才能竞争。

这是jdk为了避免写线程过分饥渴，而做出的策略。但有坑点就是，如果某一读线程执行时间过长，甚至陷入死循环，后续线程会无限期挂起，严重程度堪比死锁。为避免这种情况，除了确保读线程不会有问题外，尽量用tryLock，超时我们可以做出响应。

当然也可以自己实现ReentrantReadWriteLock的读写锁竞争策略（排队任务无视先后顺序，读线程直接获取读锁放行；等待所有读线程unlock读锁，写线程才可以进行lock），但还是算了吧，遇到读远多于写的场景时，写线程饥渴带来的麻烦更大，表示踩过坑，别介。

载自：https://my.oschina.net/meandme/blog/1839265