java并發(fā)編程專題(七)----(JUC)ReadWriteLock的用法
前面我們已經(jīng)分析過JUC包里面的Lock鎖,ReentrantLock鎖和semaphore信號量機(jī)制。Lock鎖實(shí)現(xiàn)了比synchronized更靈活的鎖機(jī)制,Reentrantlock是Lock的實(shí)現(xiàn)類,是一種可重入鎖,都是每次只有一次線程對資源進(jìn)行處理;semaphore實(shí)現(xiàn)了多個(gè)線程同時(shí)對一個(gè)資源的訪問;今天我們要講的ReadWriteLock鎖將實(shí)現(xiàn)另外一種很重要的功能:讀寫分離鎖。
假設(shè)你的程序中涉及到對一些共享資源的讀和寫操作,且寫操作沒有讀操作那么頻繁。在沒有寫操作的時(shí)候,兩個(gè)線程同時(shí)讀一個(gè)資源沒有任何問題,所以應(yīng)該允許多個(gè)線程能在同時(shí)讀取共享資源。但是如果有一個(gè)線程想去寫這些共享資源,就不應(yīng)該再有其它線程對該資源進(jìn)行讀或?qū)?,也就是說:讀-讀能共存,讀-寫不能共存,寫-寫不能共存。這就需要一個(gè)讀/寫鎖來解決這個(gè)問題。
ReadWriteLock簡介
我們在JUC包可以看到ReadWriteLock是一個(gè)接口,他有一個(gè)實(shí)現(xiàn)類:ReentrantReadWriteLock,先讓我們對讀寫訪問資源的條件做個(gè)概述:
- - 讀?。?沒有線程正在做寫操作,且沒有線程在請求寫操作。
- - 寫入: 沒有線程正在做讀寫操作。
如果某個(gè)線程想要讀取資源,只要沒有線程正在對該資源進(jìn)行寫操作且沒有線程請求對該資源的寫操作即可。同樣當(dāng)有線程想要寫資源,但是此刻有線程正在讀取資源,那么此刻寫資源的操作是不能繼續(xù)下去的。
我們來看一個(gè)例子:
public class ReadWriteLockTest2 { public static void main(String[] args) { final int threadCount = 2; final ExecutorService exService = Executors.newFixedThreadPool(threadCount); final ScoreBoard scoreBoard = new ScoreBoard(); exService.execute(new ScoreUpdateThread(scoreBoard)); exService.execute(new ScoreHealthThread(scoreBoard)); exService.shutdown(); } } class ScoreBoard { private boolean scoreUpdated = false; private int score = 0; String health = "不可用"; final ReentrantReadWriteLock rrwl = new ReentrantReadWriteLock(); public String getMatchHealth() { rrwl.readLock().lock(); if (scoreUpdated) { rrwl.readLock().unlock(); rrwl.writeLock().lock(); try { if (scoreUpdated) { score = fetchScore(); scoreUpdated = false; } rrwl.readLock().lock(); } finally { rrwl.writeLock().unlock(); } } try { if (score % 2 == 0) { health = "Bad Score"; } else { health = "Good Score"; } } finally { rrwl.readLock().unlock(); } return health; } public void updateScore() { try { rrwl.writeLock().lock(); scoreUpdated = true; } finally { rrwl.writeLock().unlock(); } } private int fetchScore() { Calendar calender = Calendar.getInstance(); return calender.get(Calendar.MILLISECOND); } } class ScoreHealthThread implements Runnable { private ScoreBoard scoreBoard; public ScoreHealthThread(ScoreBoard scoreTable) { this.scoreBoard = scoreTable; } @Override public void run() { for(int i= 0; i< 5; i++) { System.out.println("Match Health: "+ scoreBoard.getMatchHealth()); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } class ScoreUpdateThread implements Runnable { private ScoreBoard scoreBoard; public ScoreUpdateThread(ScoreBoard scoreTable) { this.scoreBoard = scoreTable; } @Override public void run() { for(int i= 0; i < 5; i++) { System.out.println("Score Updated."); scoreBoard.updateScore(); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }
打印結(jié)果:
Score Updated.
Match Health: Good Score
Score Updated.
Match Health: Good Score
Score Updated.
Match Health: Good Score
Score Updated.
Match Health: Good Score
Score Updated.
Match Health: Good Score
基本用法見上例,讀寫分離鎖很好的控制了多個(gè)線程對同一個(gè)資源的訪問。
ReentrantReadWriteLock
由名字我們可以看到讀寫鎖也有可重入的實(shí)現(xiàn)類。ReentrantReadWriteLock具有關(guān)聯(lián)的讀取和寫入鎖定,可以重新獲取鎖定。它可表現(xiàn)為公平和不公平的模式兩者。 默認(rèn)行為是不公平的。 非公平鎖的性能更好,雖然有可能讀寫器或?qū)懭肫麈i可以被推遲許多次,并且持續(xù)地嘗試鎖定。 在公平鎖定的情況下,鎖定請求按照最長等待的單個(gè)寫入器鎖或讀取鎖定組請求的順序來完成,無論誰具有最長等待時(shí)間將獲得對共享資源的鎖定。 在重入ReentrantReadWriteLock可以寫入鎖定降級讀鎖。 這意味著如果線程已經(jīng)獲得寫鎖定,它可以將其鎖從寫降級到讀鎖。 順序?qū)⑹鞘紫全@得寫鎖定,執(zhí)行寫操作,然后獲取讀鎖,然后解鎖寫鎖,并且在讀操作后最終解鎖讀鎖。
ReentrantReadWriteLock 也是基于 AbstractQueuedSynchronizer 實(shí)現(xiàn)的,它具有下面這些屬性:
- 獲取順序
此類不會將讀取者優(yōu)先或?qū)懭胝邇?yōu)先強(qiáng)加給鎖訪問的排序。但是,它確實(shí)支持可選的公平 策略。
1.非公平模式(默認(rèn))
當(dāng)非公平地(默認(rèn))構(gòu)造時(shí),未指定進(jìn)入讀寫鎖的順序,受到 reentrancy 約束的限制。連續(xù)競爭的非公平鎖可能無限期地推遲一個(gè)或多個(gè) reader 或 writer 線程,但吞吐量通常要高于公平鎖。
2.公平模式
當(dāng)公平地構(gòu)造線程時(shí),線程利用一個(gè)近似到達(dá)順序的策略來爭奪進(jìn)入。當(dāng)釋放當(dāng)前保持的鎖時(shí),可以為等待時(shí)間最長的單個(gè) writer 線程分配寫入鎖,如果有一組等待時(shí)間大于所有正在等待的 writer 線程 的 reader 線程,將為該組分配寫入鎖。
如果保持寫入鎖,或者有一個(gè)等待的 writer 線程,則試圖獲得公平讀取鎖(非重入地)的線程將會阻塞。直到當(dāng)前最舊的等待 writer 線程已獲得并釋放了寫入鎖之后,該線程才會獲得讀取鎖。當(dāng)然,如果等待 writer 放棄其等待,而保留一個(gè)或更多 reader 線程為隊(duì)列中帶有寫入鎖自由的時(shí)間最長的 waiter,則將為那些 reader 分配讀取鎖。
試圖獲得公平寫入鎖的(非重入地)的線程將會阻塞,除非讀取鎖和寫入鎖都自由(這意味著沒有等待線程)。(注意,非阻塞 ReentrantReadWriteLock.ReadLock.tryLock() 和 ReentrantReadWriteLock.WriteLock.tryLock() 方法不會遵守此公平設(shè)置,并將獲得鎖(如果可能),不考慮等待線程)。
- 重入
此鎖允許 reader 和 writer 按照 ReentrantLock 的樣式重新獲取讀取鎖或?qū)懭腈i。在寫入線程保持的所有寫入鎖都已經(jīng)釋放后,才允許重入 reader 使用它們。
此外,writer 可以獲取讀取鎖,但反過來則不成立。在其他應(yīng)用程序中,當(dāng)在調(diào)用或回調(diào)那些在讀取鎖狀態(tài)下執(zhí)行讀取操作的方法期間保持寫入鎖時(shí),重入很有用。如果 reader 試圖獲取寫入鎖,那么將永遠(yuǎn)不會獲得成功。
- 鎖降級
重入還允許從寫入鎖降級為讀取鎖,其實(shí)現(xiàn)方式是:先獲取寫入鎖,然后獲取讀取鎖,最后釋放寫入鎖。但是,從讀取鎖升級到寫入鎖是不可能的。
- 鎖獲取的中斷
讀取鎖和寫入鎖都支持鎖獲取期間的中斷。
- Condition 支持
寫入鎖提供了一個(gè) Condition 實(shí)現(xiàn),對于寫入鎖來說,該實(shí)現(xiàn)的行為與 ReentrantLock.newCondition() 提供的 Condition 實(shí)現(xiàn)對 ReentrantLock 所做的行為相同。當(dāng)然,此 Condition 只能用于寫入鎖。讀取鎖不支持 Condition,readLock().newCondition() 會拋出 UnsupportedOperationException。
- 監(jiān)測
此類支持一些確定是保持鎖還是爭用鎖的方法。這些方法設(shè)計(jì)用于監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài),而不是同步控制。
此類行為的序列化方式與內(nèi)置鎖的相同:反序列化的鎖處于解除鎖狀態(tài),無論序列化該鎖時(shí)其狀態(tài)如何。
下面的代碼展示了如何利用重入來執(zhí)行升級緩存后的鎖降級(為簡單起見,省略了異常處理):
class CachedData { Object data; volatile boolean cacheValid; ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock(); void processCachedData() { rwl.readLock().lock(); if (!cacheValid) { // 在獲得寫鎖之前必須釋放讀鎖 rwl.readLock().unlock(); rwl.writeLock().lock(); // Recheck state because another thread might have acquired // write lock and changed state before we did. if (!cacheValid) { data = ... cacheValid = true; } //通過在釋放寫鎖之前獲得讀鎖來降級 rwl.readLock().lock(); rwl.writeLock().unlock(); // 解鎖寫鎖,但是任然持有讀鎖 } use(data); rwl.readLock().unlock(); } }
與互斥鎖對比
互斥鎖一次只允許一個(gè)線程訪問共享數(shù)據(jù),哪怕進(jìn)行的是只讀操作;讀寫鎖允許對共享數(shù)據(jù)進(jìn)行更高級別的并發(fā)訪問:對于寫操作,一次只有一個(gè)線程(write線程)可以修改共享數(shù)據(jù),對于讀操作,允許任意數(shù)量的線程同時(shí)進(jìn)行讀取。
與互斥鎖相比,使用讀寫鎖能否提升性能則取決于讀寫操作期間讀取數(shù)據(jù)相對于修改數(shù)據(jù)的頻率,以及數(shù)據(jù)的爭用——即在同一時(shí)間試圖對該數(shù)據(jù)執(zhí)行讀取或?qū)懭氩僮鞯木€程數(shù)。
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