Android 读写锁的应用，以及最佳的磁盘缓存设计

Posted 2021-04-27 code小生

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前言

相信磁盘缓存在绝大部分的 app 上都有应用，相对于数据库缓存来说，可以不要注重于缓存的管理，比较开放和随意。

再加上 jakewharton 早年间发布的 disklrucache 框架，让我们使用磁盘缓存更加简单，效率上和数据库缓存也拉进了一步，以后有时间我在加上 disklrucache的缓存解读。


但是在多线程的环境下，对同一份数据进行读写，会涉及到线程安全的问题。比如在一个线程读取数据的时候，另外一个线程在写数据，而导致前后数据的不一致性；一个线程在写数据的时候，另一个线程也在写，同样也会导致线程前后看到的数据的不一致性。更严重的是一个线程在写的时候，另一个线程在读。这里的数据不一致是对于文件来说的，当文件里的数据存储的json时，残缺的数据或者不完整的数据无法生成对象，判断没有写好甚至是报错闪退。

常见解决方案

使用 Synchronized 同步锁保护线程安全，但是 Synchronized 存在明显的一个性能问题就是读与读之间互斥，也就是说两个线程的读操作是顺序执行的 下面给大家看下代码方便理解

    public static void main(String[] args) {

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                read(Thread.currentThread());
            }
        }).start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                read(Thread.currentThread());
            }
        }).start();

    }

    public synchronized static void read(Thread thread){
        System.out.println("开始运行时间:"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("结束运行时间:"+System.currentTimeMillis());
    }

我们来看一下运行结果,结论两个两个线程的读操作是顺序执行的，如果读的次数多这个太影响性能了

image

思考

最佳的方案通俗的来讲应该是，可以很多人同时读，但不能同时写，有人在写的时候不能同时读也不能同时写，官方说法是读和读互不影响，读和写互斥，写和写互斥，好了接下来就是介绍今天的主角 ReadWriteLock 读写锁

ReadWriteLock 介绍

1.1 ReadWriteLock的位置
ReadWriteLock 是 Java 自带的 所处位置 java.util.concurrent.locks，属于java并发方案中的一种

1.2 ReadWriteLock是一个接口，主要有两个方法，如下

public interface ReadWriteLock {
    /**
     * Returns the lock used for reading.
     *
     * @return the lock used for reading
     */
    Lock readLock();

    /**
     * Returns the lock used for writing.
     *
     * @return the lock used for writing
     */
    Lock writeLock();
}

既然只是接口，那我们真正要用的是实现了该接口的类 ReentrantReadWriteLock 可重入读写锁

1.3可重人

可重入锁，就是说一个线程在获取某个锁后，还可以继续获取该锁，即允许一个线程多次获取同一个锁。通俗的来讲就是支持在同一个线程里面对多个文件进行读写操作，都可以获取同一个锁，但是获取多少锁就要回收多少锁，下面给个例子方便理解

    public static void main(String[] args) {

        final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

        lock.writeLock().lock();
        lock.writeLock().lock();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                lock.writeLock().lock();
                try {
                    Thread.sleep(20);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("子线程运行");
                lock.writeLock().unlock();
            }
        }).start();

        System.out.println("主线程运行");
        lock.writeLock().unlock();
//        lock.writeLock().unlock(); 获取两次锁，只释放一次锁

    }

运行结果

image

注意：因为主线程2次获取了锁，但是却只释放1次锁，造成死锁，导致新线程永远也不能获取锁。一个线程获取多少次锁，就必须释放多少次锁

1.4  获取锁顺序

• 非公平模式（默认）
  当以非公平初始化时，读锁和写锁的获取的顺序是不确定的。非公平锁主张竞争获取，可能会延缓一个或多个读或写线程，但是会比公平锁有更高的吞吐量。

• 公平模式
  当以公平模式初始化时，线程将会以队列的顺序获取锁。当当前线程释放锁后，等待时间最长的写锁线程就会被分配写锁；或者有一组读线程组等待时间比写线程长，那么这组读线程组将会被分配读锁。

• 源码如下

    public ReentrantReadWriteLock() {
        this(false);
    }

    /**
     * Creates a new {@code ReentrantReadWriteLock} with
     * the given fairness policy.
     *
     * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
     */
    public ReentrantReadWriteLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
        readerLock = new ReadLock(this);
        writerLock = new WriteLock(this);
    }

1.5 锁升级和锁降级

• 锁降级：从写锁变成读锁;

• 锁升级：从读锁变成写锁。

• ReentrantReadWriteLock 只支持锁降级

• 建议尽量不要使用锁降级操作，获取什么锁就回收什么锁，同一线程尽量不要使用两种锁，最为安全，除非有特殊操作则需注意

2 磁盘缓存最佳设计

提供抽象类BaseCache的源码，具体实现大家可以通过自己的实际情况去拓展

 public abstract class BaseCache {

    private final ReadWriteLock mLock = new ReentrantReadWriteLock();

    /**
     * 读取缓存
     *
     * @param key       缓存key
     * @param existTime 缓存时间
     */
    final <T> T load(Type type, String key, long existTime) {
        //1.先检查key
        Utils.checkNotNull(key, "key == null");

        //2.判断key是否存在,key不存在去读缓存没意义
        if (!containsKey(key)) {
            return null;
        }

        //3.判断是否过期，过期自动清理
        if (isExpiry(key, existTime)) {
            remove(key);
            return null;
        }

        //4.开始真正的读取缓存
        mLock.readLock().lock();
        try {
            // 读取缓存
            return doLoad(type, key);
        } finally {
            mLock.readLock().unlock();
        }
    }

    /**
     * 保存缓存
     *
     * @param key   缓存key
     * @param value 缓存内容
     * @return
     */
    final <T> boolean save(String key, T value) {
        //1.先检查key
        Utils.checkNotNull(key, "key == null");

        //2.如果要保存的值为空,则删除
        if (value == null) {
            return remove(key);
        }

        //3.写入缓存
        boolean status = false;
        mLock.writeLock().lock();
        try {
            status = doSave(key, value);
        } finally {
            mLock.writeLock().unlock();
        }
        return status;
    }

    /**
     * 删除缓存
     */
    final boolean remove(String key) {
        mLock.writeLock().lock();
        try {
            return doRemove(key);
        } finally {
            mLock.writeLock().unlock();
        }
    }

    /**
     * 获取缓存大小
     * @return
     */
    long size() {
        return getSize();
    }

    /**
     * 清空缓存
     */
    final boolean clear() {
        mLock.writeLock().lock();
        try {
            return doClear();
        } finally {
            mLock.writeLock().unlock();
        }
    }

    /**
     * 是否包含 加final 是让子类不能被重写，只能使用doContainsKey
     * 这里加了锁处理，操作安全。<br>
     *
     * @param key 缓存key
     * @return 是否有缓存
     */
    public final boolean containsKey(String key) {
        mLock.readLock().lock();
        try {
            return doContainsKey(key);
        } finally {
            mLock.readLock().unlock();
        }
    }

    /**
     * 是否包含  采用protected修饰符  被子类修改
     */
    protected abstract boolean doContainsKey(String key);

    /**
     * 是否过期
     */
    protected abstract boolean isExpiry(String key, long existTime);

    /**
     * 读取缓存
     */
    protected abstract <T> T doLoad(Type type, String key);

    /**
     * 保存
     */
    protected abstract <T> boolean doSave(String key, T value);

    /**
     * 删除缓存
     */
    protected abstract boolean doRemove(String key);

    /**
     * 清空缓存
     */
    protected abstract boolean doClear();

    /**
     * 获取缓存大小
     *
     * @return
     */
    protected abstract long getSize();
}

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