Java高并发系列之ReentrantReadWriteLock源码分析

Posted 2021-04-05 码农的修炼之道

       上一篇文章《》我们分析了独占锁的实现，知道这是一种独占锁（排他锁）。这种锁比较粗，后续我们分析并发包下的LinkedBlockingQueue等队列时会看到，全是依赖这种独占锁。这里先不介绍。

      实际上，在多线程并发环境下，读数据不会对数据造成修改，因此不需要加锁就可以。在ReentrantReadWriteLock类中，将读操作和写操作拆分为两把锁，分别是读锁：ReadLock和写锁：WriteLock。这种读写分离的操作，运行多线程同时读取数据，在写操作的时候，才是独占的。

   我们先来看看ReentrantReadWriteLock的类图，了解其结构。这样我们看源码也能一目了然，印象也会深刻。

      其实，这个类图可以看出，ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock和Serializable接口。其内部有个Sync类继承自AQS，同时这个类需要实现公平锁和非公平锁，因此Sync有两个子类：FairSync和NonfairSync类。

     这里说明一下，ReentrantReadWriteLock里面有两个内部类：ReadLock和WriteLock，是因为要实现ReadWriteLock的接口的。在ReadWriteLock接口中定义了ReadLock和WriteLock的方法用于返回读锁和写锁。

    ReentrantReadWriteLock的实现和之前的ReentrantLock有点像。首先，我们来看看其构造函数。其空参数的构造函数默认是使用内部的非公平锁，还可以传入参数，指定创建公平或非公平锁，源码如下所示。

     再扯远一点，在ReentrantReadWriteLock中有个方法：boolean isFair()，这个类似于Netty框架中判断一个Handler是inBound还是OutBound类型，也是这样判断的。源码如下：

        下面进入正题，下面来看读锁的源码。读锁中最重要的两个方法就是lock和unlock方法。下面我们先来看看lock方法源码。

       这个和之前ReentrantLock实现类似，由于读锁支持多线程同时访问，因此这里使用AQS中的共享锁。我们继续跟进去看看acquireShared()源码。

      其中，tryAcquireShared()需要AQS的子类去实现，这里在Sync类中实现了。而doAcquireShared方法是在AQS中实现的。下面我们来看看tryAcquireShared源码。

    这里主要分为以下几步：

1、首先获取State的值，然后调用exclusiveCount方法来判断写锁是否占用 ，当该方法返回值不为0，就说明写锁被占用。这里如果当前线程获取写锁，那么也是允许获取读锁的。

2、获取读锁的次数，也就是调用sharedCount方法进行计算。这里注意，写锁占用了State变量的低16位，读锁占用高16位。

3、这里readShouldBlock方法在Sync中是抽象方法，需要FairSync和NonFairSync去实现。

       如果是公平锁，实现如下。原理是去查看AQS的阻塞队列，如果队列里面有挂起的线程，那么返回true，那么上面的tryAcquireShared函数直接进入最后fullTryAcquireShared去自旋获取锁。

      如果是非公平锁，实现如下。其原理是判断队列中是否有元素在获取写锁。

4、继续回到tryAcquireShared函数，如果成功获取读锁，那么如果r=0,那就是第一次获取读锁，这里用firstReadHoldCount来记录同一个线程读的次数。HoldCount用于记录其他线程的读次数。

    下面来看看unlock的源码。

    进入releaseShared源码看看。

       这里tryReleaseShared需要AQS的子类实现，这里在Sync中实现。该方法的主要作用是在for(;;)里面，用CAS操作设置state的值为nextc，nextc也就是减去一个读单位的值。如果nextc为0，说明当前没有线程占用读锁，那么返回true。然后releaseShared函数进入doReleaseShared，去唤醒其他因为写操作阻塞的线程（比如其他线程获取写锁，那么读操作和写操作不能同时进行，读操作线程会阻塞）。

总结：ReentrantReadWriteLock将读写锁分离，当读操作时，不阻塞。但是读写操作或者写写操作会进行阻塞，此时相当于独占锁。读写分离的好处在于有些场景是读多写少的情况。用这种读写分离的方式有利于提高并发程度。

      此外，ReentrantReadWriteLock也分为公平和非公平。这个可以在构造函数中设置，默认是非公平。ReentrantReadWriteLock也允许同一个线程既获取读锁，也占有写锁情况。这个在源码中也有体现。

下一篇，我们看看ReentrantReadWriteLock写锁的源码。