java源码 - ReentrantReadWriteLock介绍

开篇

 ReentrantReadWriteLock是Lock的另一种实现方式,我们已经知道了ReentrantLock是一个排他锁,同一时间只允许一个线程访问,而ReentrantReadWriteLock允许多个读线程同时访问,但不允许写线程和读线程、写线程和写线程同时访问。
 相对于排他锁,提高了并发性。在实际应用中,大部分情况下对共享数据(如缓存)的访问都是读操作远多于写操作,这时ReentrantReadWriteLock能够提供比排他锁更好的并发性和吞吐量。
 这个系列主要是从源码层面讲解ReentrantReadWriteLock,总共分为3篇,欢迎订阅。


ReentrantReadWriteLock类

ReentrantReadWriteLock类包含三个核心变量:

  • readerLock:读锁。

  • writerLock:写锁。

  • sync:可以为公平锁FairSync 或 非公平锁NonfairSync。

ReentrantReadWriteLock类的构造函数执行以下几件事情:

  • 新建锁对象赋予ReentrantReadWriteLock的sync对象。

  • 将ReentrantReadWriteLock对象作为this参数创建读锁ReadLock。

  • 将ReentrantReadWriteLock对象作为this参数创建写锁WriteLock。

  • 在writerLock和ReadLock构造函数中将ReentrantReadWriteLock的sync对象赋值为自身的sync对象,读写锁的操作其实用的就是ReentrantReadWriteLock的sync对象。

public class ReentrantReadWriteLock
        implements ReadWriteLock, java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = -6992448646407690164L;

    private final ReentrantReadWriteLock.ReadLock readerLock;

    private final ReentrantReadWriteLock.WriteLock writerLock;

    final Sync sync;

    public ReentrantReadWriteLock() {
        this(false);
    }

    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; }


ReadLock类

  • ReadLock的构造函数入参为ReentrantReadWriteLock对象,通过将ReentrantReadWriteLock对象的sync对象赋值给ReadLock的Sync。
  • ReadLock的lock和unlock操作都通过sync对象来实现加锁和解锁
    public static class ReadLock implements Lock, java.io.Serializable {
        private static final long serialVersionUID = -5992448646407690164L;
        private final Sync sync;

        protected ReadLock(ReentrantReadWriteLock lock) {
            sync = lock.sync;
        }

        public void lock() {
            sync.acquireShared(1);
        }

        public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
            sync.acquireSharedInterruptibly(1);
        }

        public boolean tryLock() {
            return sync.tryReadLock();
        }

        public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
                throws InterruptedException {
            return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
        }

        public void unlock() {
            sync.releaseShared(1);
        }

        public Condition newCondition() {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    }


WriteLock类

  • WriteLock的构造函数入参为ReentrantReadWriteLock对象,通过将ReentrantReadWriteLock对象的sync对象赋值给ReadLock的Sync。
  • WriteLock的lock和unlock操作都通过sync对象来实现加锁和解锁
    public static class WriteLock implements Lock, java.io.Serializable {
        private static final long serialVersionUID = -4992448646407690164L;
        private final Sync sync;

        protected WriteLock(ReentrantReadWriteLock lock) {
            sync = lock.sync;
        }

        public void lock() {
            sync.acquire(1);
        }

        public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
            sync.acquireInterruptibly(1);
        }

        public boolean tryLock( ) {
            return sync.tryWriteLock();
        }

        public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
                throws InterruptedException {
            return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout));
        }

        public void unlock() {
            sync.release(1);
        }

        public Condition newCondition() {
            return sync.newCondition();
        }

        public boolean isHeldByCurrentThread() {
            return sync.isHeldExclusively();
        }

        public int getHoldCount() {
            return sync.getWriteHoldCount();
        }
    }


公平锁和非公平锁类定义

  • 公平锁FairSync和非公平锁NonfairSync属于ReentrantReadWriteLock内部定义类,继承自Sync类。
  • Sync类继承自AbstractQueuedSynchronizer类,Sync类有一些核心的变量已经加注释。
  • AQS的state变量32位分开高16位为读状态,低16位为写状态。


    static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = -8159625535654395037L;
        final boolean writerShouldBlock() {
            return false; // writers can always barge
        }
        final boolean readerShouldBlock() {
            return apparentlyFirstQueuedIsExclusive();
        }
    }

    static final class FairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = -2274990926593161451L;
        final boolean writerShouldBlock() {
            return hasQueuedPredecessors();
        }
        final boolean readerShouldBlock() {
            return hasQueuedPredecessors();
        }
    }

    abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        private static final long serialVersionUID = 6317671515068378041L;

        static final int SHARED_SHIFT   = 16;
        // 高16位记录读状态
        static final int SHARED_UNIT    = (1 << SHARED_SHIFT);
        static final int MAX_COUNT      = (1 << SHARED_SHIFT) - 1;
        // 低16位记录写状态
        static final int EXCLUSIVE_MASK = (1 << SHARED_SHIFT) - 1;

        static int sharedCount(int c)    { return c >>> SHARED_SHIFT; }
        static int exclusiveCount(int c) { return c & EXCLUSIVE_MASK; }

        static final class HoldCounter {
            int count = 0;
            // Use id, not reference, to avoid garbage retention
            final long tid = getThreadId(Thread.currentThread());
        }

        static final class ThreadLocalHoldCounter
            extends ThreadLocal<HoldCounter> {
            public HoldCounter initialValue() {
                return new HoldCounter();
            }
        }

        private transient ThreadLocalHoldCounter readHolds;
        private transient HoldCounter cachedHoldCounter;
        private transient Thread firstReader = null;
        private transient int firstReaderHoldCount;

        Sync() {
            readHolds = new ThreadLocalHoldCounter();
            setState(getState()); // ensures visibility of readHolds
        }
}
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