Java——多线程高并发系列之ReadWriteLock读写锁

Posted 2021-09-11 张起灵-小哥

文章目录：

写在前面

Demo1（读读共享）

Demo2（写写互斥）

Demo3（读写互斥）

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写在前面

synchronized 内部锁与 ReentrantLock 锁都是独占锁(排它锁)，同一时间只允许一个线程执行同步代码块，可以保证线程的安全性,但是执行效率低。

ReentrantReadWriteLock 读写锁是一种改进的排他锁，也可以称作共享/排他锁。允许多个线程同时读取共享数据，但是一次只允许一个线程对共享数据进行更新。

读写锁通过读锁与写锁来完成读写操作，线程在读取共享数据前必须先持有读锁，该读锁可以同时被多个线程持有，即它是共享的。线程在修改共享数据前必须先持有写锁，写锁是排他的，一个线程持有写锁时其他线程无法获得相应的锁。

读锁只是在读线程之间共享，任何一个线程持有读锁时，其他线程都无法获得写锁，保证线程在读取数据期间没有其他线程对数据进行更新，使得读线程能够读到数据的最新值，保证在读数据期间共享变量不被修改。

	获得条件	排他性	作用
读锁	写锁未被任意线程持有	对读线程是共享的，对写线程是排他的	允许多个读线程可以同时读取共享数据，保证在读共享数据时，没有其他线程对共享数据进行修改
写锁	该写锁未被其他线程持有，并且相应的读锁也未被其他线程持有	对读线程或者写线程都是排他的	保证写线程以独占的方式修改共享数据

读写锁允许读读共享，读写互斥，写写互斥。

在java.util.concurrent.locks包中定义了ReadWriteLock接口，该接口中定义了 readLock()返回读锁，定义 writeLock()方法返回写锁，该接口的实现类是 ReentrantReadWriteLock。

注意readLock()与writeLock()方法返回的锁对象是同一个锁的两个不同的角色，不是分别获得两个不同的锁。ReadWriteLock 接口实例可以充当两个角色。

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Demo1（读读共享）

ReadWriteLock 读写锁可以实现多个线程同时读取共享数据，即读读共享，可以提高程序的读取数据的效率。

package com.szh.lock.readwrite;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 *  ReadWriteLock 读写锁的读读共享,允许多个线程同时获得读锁
 */
public class Test01 {

    static class Service {
        //定义读写锁
        ReadWriteLock rwLock=new ReentrantReadWriteLock();
        //定义方法读取数据
        public void read() {
            try {
                rwLock.readLock().lock(); //获得读锁
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得读锁，开始读取数据的时间："
                                + System.currentTimeMillis());
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000 * 3); //模拟读取数据用时
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                rwLock.readLock().unlock(); //释放读锁
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Service s=new Service();

        //创建 5 个线程,调用 read() 方法
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    s.read(); //在线程中调用 read()读取数据
                }
            }).start();
        }

        //运行程序后, 这几个线程几乎可以同时获得锁读, 执行 lock() 后面的代码
    }
}

可以看到这五个子线程都可以顺利的获得读锁来读取数据。 即读读共享。

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Demo2（写写互斥）

package com.szh.lock.readwrite;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 * 演示 ReadWriteLock 读写锁的写写互斥
 * ReadWriteLock 的 writeLock() 写锁是互斥的, 只允许有一个线程持有
 */
public class Test02 {

    static class Service {
        //定义读写锁
        ReadWriteLock rwLock=new ReentrantReadWriteLock();
        //定义方法修改数据
        public void write() {
            try {
                rwLock.writeLock().lock(); //申请获得写锁
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获得写锁，开始修改数据的时间："
                                + System.currentTimeMillis());
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000 * 3); //模拟修改数据的用时
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 修改数据完毕时的时间== "
                                + System.currentTimeMillis());
                rwLock.writeLock().unlock(); //释放写锁
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Service s=new Service();

        //创建3个线程修改数据
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    s.write();
                }
            }).start();
        }

        //从执行结果来看, 同一时间只有一个线程获得写锁
    }
}

可以看到，当Thread-0获得了写锁之后，在它修改完数据，释放写锁的这段时间内，其他线程是无法进来获得写锁的。其他线程要想获得写锁，必须等待其他线程修改完数据释放了写锁才可以。即写写互斥。

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Demo3（读写互斥）

package com.szh.lock.readwrite;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 * 演示 ReadWriteLock 读写锁的读写互斥
 * 一个线程获得读锁时,写线程等待; 一个线程获得写锁时,其他线程等待
 */
public class Test03 {

    static class Service {
        //定义读写锁
        ReadWriteLock rwLock=new ReentrantReadWriteLock();

        //定义方法读取数据
        public void read() {
            try {
                rwLock.readLock().lock(); //申请获得读锁
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得读锁，开始读取数据的时间："
                        + System.currentTimeMillis());
                Thread.sleep(1000 * 3);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 释放了读锁...");
                rwLock.readLock().unlock(); //释放读锁
            }
        }

        //定义方法修改数据
        public void write() {
            try {
                rwLock.writeLock().lock(); //申请获得写锁
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获得写锁，开始修改数据的时间："
                        + System.currentTimeMillis());
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000 * 3); //模拟修改数据的用时
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 修改数据完毕时的时间== "
                        + System.currentTimeMillis());
                rwLock.writeLock().unlock(); //释放写锁
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Service s=new Service();

        //定义一个线程读数据
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                s.read();
            }
        }).start();

        //定义一个线程写数据
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                s.write();
            }
        }).start();
    }
}

可以看到，当Thread-0获得了读锁之后，在它读取完数据之前，其他线程是无法进来获得写锁的（但是可以获得读锁），也就是保证了当前获得读锁的线程读取到的是最新的数据（未被其他线程修改的数据）。而当Thread-0读取完数据释放了读锁之后，Thread-1这个时候才可以获得写锁进行数据的修改，而当一个线程获得写锁的时候，其他任何线程都无法获得读锁和写锁。