独享锁 VS 共享锁
- 独享锁：
独享锁也叫排他锁，是指该锁一次只能被一个线程所持有。如果线程T对数据A加上排他锁后，则其他线程不能再对A加任何类型的锁。
获得排他锁的线程即能读数据也能修改数据。JDK中的synchronized和JUC中Lock的实现类就是独享锁（互斥锁）。
- 共享锁：
共享锁是指该锁可被多个线程持有。如果线程T对数据A加上共享锁后，则其他线程只能对A再加共享锁，不能加排他锁。获得共享锁的线程只能读数据，不能修改数据。
独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的，通过实现不同的方法，来实现独享或者共享。
public class ReentrantReadWriteLock
implements ReadWriteLock, java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = -6992448646407690164L;
/** Inner class providing readlock */
private final ReentrantReadWriteLock.ReadLock readerLock;
/** Inner class providing writelock */
private final ReentrantReadWriteLock.WriteLock writerLock;
/** Performs all synchronization mechanics */
final Sync sync;
/**
* Creates a new {@code ReentrantReadWriteLock} with
* default (nonfair) ordering properties.
*/
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);
}
public ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock() { return writerLock; }
public ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock() { return readerLock; }
public static class ReadLock implements Lock, java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = -5992448646407690164L;
private final Sync sync;
/**
* Constructor for use by subclasses
*
* @param lock the outer lock object
* @throws NullPointerException if the lock is null
*/
protected ReadLock(ReentrantReadWriteLock lock) {
sync = lock.sync;
}
}
public static class WriteLock implements Lock, java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = -4992448646407690164L;
private final Sync sync;
/**
* Constructor for use by subclasses
*
* @param lock the outer lock object
* @throws NullPointerException if the lock is null
*/
protected WriteLock(ReentrantReadWriteLock lock) {
sync = lock.sync;
}
}
}
我们看到ReentrantReadWriteLock有两把锁：ReadLock和WriteLock，由词知意，一个读锁一个写锁，合称“读写锁”。
再进一步观察可以发现ReadLock和WriteLock是靠内部类Sync实现的锁。Sync是AQS的一个子类，这种结构在CountDownLatch、ReentrantLock、Semaphore里面也是存在。
在ReentrantReadWriteLock里面，读锁和写锁的主体都是Sync，但读锁和写锁的加锁方式不一样。读锁是共享锁，写锁是独享锁。
读锁的共享锁可保证并发读非常高效，而读写、写读、写写的过程互斥，因为读锁和写锁是分离的。所以ReentrantReadWriteLock的并发性相比一般的互斥锁有了很大提升。
- 读锁和写锁的具体加锁方式有什么区别呢？
在最开始的AQS的时候，提到了state字段（int类型，32位），改字段用来描述有多少线程持有锁。但是在ReentrantReadWriteLock中有读、写两把锁，
所以需要在一个整形变量state上分别描述读锁和写锁的数量（或者也可以叫状态）。于是将state变量“按位切割”切分成两部分，高16位表示读锁状态（读锁个数），低16位表示写锁状态（写锁个数）。
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
/*
* Walkthrough:
* 1. If read count nonzero or write count nonzero
* and owner is a different thread, fail.
* 2. If count would saturate, fail. (This can only
* happen if count is already nonzero.)
* 3. Otherwise, this thread is eligible for lock if
* it is either a reentrant acquire or
* queue policy allows it. If so, update state
* and set owner.
*/
Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState(); // 取得当前锁的个数
int w = exclusiveCount(c); // 取写锁的个数w
if (c != 0) { // 如果已经有线程持有了锁(c != 0)
// (Note: if c != 0 and w == 0 then shared count != 0)
// 如果写线程数(w)为0（换言之存在读锁）或者持有锁的线程不是当前线程就返回失败
if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread())
return false;
// 如果写入锁的数量大于最大数(65535,2的16次方-1)就抛出一个Error
if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
// Reentrant acquire
setState(c + acquires);
return true;
}
// 如果当前写线程数为0，并且当前线程需要阻塞那么就返回失败；或者如果通过CAS增加些线程数失败也返回失败。
if (writerShouldBlock() ||
!compareAndSetState(c, c + acquires))
return false;
setExclusiveOwnerThread(current); // 如果c=0，w=0或者c>0，w>0（重入），则设置当前线程为锁的持有者
return true;
}
tryAcquire()除了重入条件（当前线程为获取了写锁的线程）之外，增加了一个读锁是否存在的判断。如果存在读锁，则写锁不能被获取，原因在于：必须确保写锁的操作对读锁可见，
如果允许读锁在已被获取的情况下对写锁的获取，那么正在进行的其他读线程就无法感知到当前写锁的操作。
因此，只有等待其他读线程都释放了读锁，写锁才能被当前线程获取，而写锁一旦被获取，则其他读写线程的后续访问均被阻塞。
写锁的释放与ReentrantLock的释放过程基本类似，每次释放减少写状态，当写状态为0时表示写锁已被释放，然后等待的读写线程才能够继续访问读写锁，同时前次写线程的修改对后续的读写线程可见。
- 共享锁（读锁）：
protected final int tryAcquireShared(int unused) {
/*
* Walkthrough:
* 1. If write lock held by another thread, fail.
* 2. Otherwise, this thread is eligible for
* lock wrt state, so ask if it should block
* because of queue policy. If not, try
* to grant by CASing state and updating count.
* Note that step does not check for reentrant
* acquires, which is postponed to full version
* to avoid having to check hold count in
* the more typical non-reentrant case.
* 3. If step 2 fails either because thread
* apparently not eligible or CAS fails or count
* saturated, chain to version with full retry loop.
*/
Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (exclusiveCount(c) != 0 &&
getExclusiveOwnerThread() != current)
return -1;
int r = sharedCount(c);
if (!readerShouldBlock() &&
r < MAX_COUNT &&
compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {
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);
}
可以看到在tryAcquireShared(int unused)方法中，如果其他线程已经获取了写锁，则当前线程获取读锁失败，进入等待状态。如果当前线程获取了写锁或者写锁未被获取，则当前线程（线程安全、依靠CAS保证）增加读状态，成功获得读锁。
读锁的每次释放（线程安全的，可能有多个读线程同时释放读锁）均减少读状态，减少的值是“1<<16”。所以读写锁才能实现读读的过程共享，而读写、写读、写写的过程互斥。
在ReentrantLock虽然有公平锁和非公平锁两种，但是它们添加的都是独享锁。根据源码所示，当一个线程调用lock方法获取锁时，如果同步资源没有被其他线程锁住，
那么当前线程在使用CAS更新state成功后就会成功抢占改资源。而如果公共资源被占用且不是被当前线程占用，那么就会加锁失败。所以可以确定ReentrantLock无论读操作还是写操作，添加的锁都是独享锁。
- 结语：
本系列文章，对Java中常用的锁以及常见的锁的概念进行了基本介绍，并从源码以及实际应用的角度进行了对比分析。其实Java本身以及对锁本身进行了良好的封装，降低了使用难度。但是我们还是需要熟悉锁的底层原理，不同场景下选择最合适的锁。
而源码中的思路都是非常好的思路，也是值得大家去学习和借鉴的。
