Java多线程13：读写锁和两种同步方式的对比

Posted 2020-07-25 IT·达人

读写锁ReentrantReadWriteLock概述

大型网站中很重要的一块内容就是数据的读写，ReentrantLock虽然具有 完全互斥排他的效果（即同一时间只有一个线程正在执行lock后面的任务），但是效率非常低。所以在JDK中提供了一种读写锁 ReentrantReadWriteLock，使用它可以加快运行效率。

读写锁表示两个锁，一个是读操作相关的锁，称为共享锁；另一个是写操作相关的锁，称为排他锁。我把这两个操作理解为三句话：

1、读和读之间不互斥，因为读操作不会有线程安全问题

2、写和写之间互斥，避免一个写操作影响另外一个写操作，引发线程安全问题

3、读和写之间互斥，避免读操作的时候写操作修改了内容，引发线程安全问题

总结起来就是，多个Thread可以同时进行读取操作，但是同一时刻只允许一个Thread进行写入操作。

 

读和读共享

先证明一下第一句话"读和读之间不互斥"，举一个简单的例子：

public class ThreadDomain48 extends ReentrantReadWriteLock
{        
    public void read()
    {
        try
        {
            readLock().lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了读锁, 时间为" + 
                    System.currentTimeMillis());
            Thread.sleep(10000);
        } 
        catch (InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        finally
        {
            readLock().unlock();
        }
    }
}

public static void main(String[] args)
{
    final ThreadDomain48 td = new ThreadDomain48();
    Runnable readRunnable = new Runnable()
    {
        public void run()
        {
            td.read();
        }
    };
    Thread t0 = new Thread(readRunnable);
    Thread t1 = new Thread(readRunnable);
    t0.start();
    t1.start();
}

看一下运行结果：

Thread-0获得了读锁, 时间为1444019668424
Thread-1获得了读锁, 时间为1444019668424

尽管方法加了锁，还休眠了10秒，但是两个线程还是几乎同时执行lock()方法后面的代码，看时间就知道了。说明lock.readLock()读锁可以提高程序运行效率，允许多个线程同时执行lock()方法后面的代码

 

写和写互斥

再证明一下第二句话"写和写之间互斥"，类似的证明方法：

public class ThreadDomain48 extends ReentrantReadWriteLock
{        
    public void write()
    {
        try
        {
            writeLock().lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了写锁, 时间为" + 
                    System.currentTimeMillis());
            Thread.sleep(10000);
        } 
        catch (InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        finally
        {
            writeLock().unlock();
        }
    }
}

public static void main(String[] args)
{
    final ThreadDomain48 td = new ThreadDomain48();
    Runnable readRunnable = new Runnable()
    {
        public void run()
        {
            td.write();
        }
    };
    Thread t0 = new Thread(readRunnable);
    Thread t1 = new Thread(readRunnable);
    t0.start();
    t1.start();
}

看一下运行结果：

Thread-0获得了写锁, 时间为1444021393325
Thread-1获得了写锁, 时间为1444021403325

从时间上就可以看出来，10000ms即10s，和代码里一致，证明了读和读之间是互斥的

 

读和写互斥

最后证明一下第三句话"读和写之间互斥"，证明方法无非是把上面二者结合起来而已，看一下：

public class ThreadDomain48 extends ReentrantReadWriteLock
{        
    public void write()
    {
        try
        {
            writeLock().lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了写锁, 时间为" + 
                    System.currentTimeMillis());
            Thread.sleep(10000);
        } 
        catch (InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        finally
        {
            writeLock().unlock();
        }
    }
    
    public void read()
    {
        try
        {
            readLock().lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了读锁, 时间为" + 
                    System.currentTimeMillis());
            Thread.sleep(10000);
        } 
        catch (InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        finally
        {
            readLock().unlock();
        }
    }
}

public static void main(String[] args)
    {
        final ThreadDomain48 td = new ThreadDomain48();
        Runnable readRunnable = new Runnable()
        {
            public void run()
            {
                td.read();
            }
        };
        Runnable writeRunnable = new Runnable()
        {
            public void run()
            {
                td.write();
            }
        };
        Thread t0 = new Thread(readRunnable);
        Thread t1 = new Thread(writeRunnable);
        t0.start();
        t1.start();
    }

看一下运行结果：

Thread-0获得了读锁, 时间为1444021679203
Thread-1获得了写锁, 时间为1444021689204

从时间上看，也是10000ms即10s，和代码里面是一致的，证明了读和写之间是互斥的。注意一下，"读和写互斥"和"写和读互斥"是两种不同的场景，但是证明方式和结论是一致的，所以就不证明了。

 

synchronized和ReentrantLock的对比

到现在，看到多线程中，锁定的方式有2种：synchronized和ReentrantLock。两种锁定方式各有优劣，下面简单对比一下：

1、synchronized是关键字，就和if...else...一样，是语法层面的实现，因此synchronized获取锁以及释放锁都是Java虚拟机帮助用户完成的；ReentrantLock是类层面的实现，因此锁的获取以及锁的释放都需要用户自己去操作。特别再次提醒，ReentrantLock在lock()完了，一定要手动unlock()

2、synchronized简单，简单意味着不灵活，而ReentrantLock的锁机制给用户的使用提供了极大的灵活性。这点在Hashtable和ConcurrentHashMap中体现得淋漓尽致。synchronized一锁就锁整个Hash表，而ConcurrentHashMap则利用ReentrantLock实现了锁分离，锁的知识segment而不是整个Hash表

3、synchronized是不公平锁，而ReentrantLock可以指定锁是公平的还是非公平的

4、synchronized实现等待/通知机制通知的线程是随机的，ReentrantLock实现等待/通知机制可以有选择性地通知

5、和synchronized相比，ReentrantLock提供给用户多种方法用于锁信息的获取，比如可以知道lock是否被当前线程获取、lock被同一个线程调用了几次、lock是否被任意线程获取等等

总结起来，我认为如果只需要锁定简单的方法、简单的代码块，那么考虑使用synchronized，复杂的多线程处理场景下可以考虑使用ReentrantLock。当然这只是建议性地，还是要具体场景具体分析的。

最后，查看了很多资料，JDK1.5版本只有由于对synchronized做了诸多优化，效率上synchronized和ReentrantLock应该是差不多。