Java中ReentrantReadWriteLock讀寫鎖的實(shí)現(xiàn)
一、鎖的分類
這里不會對Java中大部分的分類都聊清楚,主要把 **互斥,共享** 這種分類聊清楚。
Java中的互斥鎖,synchronized,ReentrantLock這種都是互斥鎖。一個線程持有鎖操作時,其他線程都需要等待前面的線程釋放鎖資源,才能重新嘗試競爭這把鎖。
Java中的讀寫鎖(支撐互斥&共享),Java中最常見的就是 **ReentrantReadWriteLock** ,StampedLock。
其中StampedLock是JDK1.8中推出的一款讀寫鎖的實(shí)現(xiàn),針對ReentrantReadWriteLock一個優(yōu)化。但是,今兒不細(xì)聊。主要玩ReentrantReadWriteLock。
ReentrantReadWriteLock主要就是解決咱們剛才聊的,讀寫操作都有,讀操作居多,寫操作頻次相對比較低的情況,可以使用讀寫鎖來提升系統(tǒng)性能。
讀寫鎖中:
* 寫寫互斥
* 讀寫互斥
* 寫讀互斥
* 讀讀共享
* 有鎖降級的情況,后面聊??!
二、ReentrantReadWriteLock的基本操作
ReentrantReadWriteLock中實(shí)現(xiàn)了ReadWriteLock的接口,在這個接口里面提供了兩個抽象方法。
正常的操作,是new ReentrantReadWriteLock的對象,但是你具體的業(yè)務(wù)操作是需要讀鎖,還是寫鎖,你需要單獨(dú)的獲取到,然后針對性的加鎖。
public interface ReadWriteLock { /** * Returns the lock used for reading. * * @return the lock used for reading */ Lock readLock(); /** * Returns the lock used for writing. * * @return the lock used for writing */ Lock writeLock(); }
具體使用方式
public static void main(String[] args){ // 1、構(gòu)建讀寫鎖對象 ReentrantReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock(); // 2、單獨(dú)獲取讀、寫鎖對象 ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = readWriteLock.readLock(); ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = readWriteLock.writeLock(); // 3、根據(jù)業(yè)務(wù)使用具體的鎖對象加鎖 writeLock.lock(); // try-finally的目的,是為了避免沒有及時釋放鎖資源導(dǎo)致死鎖的問題。 try{ // 4、業(yè)務(wù)操作………… System.out.println("寫操作"); }finally { // 5、釋放鎖 writeLock.unlock(); } }
三、ReentrantReadWriteLock的底層實(shí)現(xiàn)
ReentrantReadWriteLock是基于AQS實(shí)現(xiàn)的。
AQS是JUC包下的一個抽象類AbstractQueuedSynchronizer
暫時只關(guān)注兩點(diǎn),分別是AQS提供的state屬性,還有AQS提供的一個同步隊(duì)列。
state屬性,用來標(biāo)識當(dāng)前 讀寫鎖 的資源是否被占用的核心標(biāo)識。
private volatile int state;
一個int類型的state,是4字節(jié),每個字節(jié)占用8個bit位,一個state占用32個bit位。
* 高16位,作為讀鎖的標(biāo)記。
* 低16位,作為寫鎖的標(biāo)記。
static final int SHARED_SHIFT = 16; static final int EXCLUSIVE_MASK = (1 << SHARED_SHIFT) - 1; 00000000 00000000 11111111 11111111 /** 查看讀鎖的占用情況。 */ static int sharedCount(int state) { return state >>> SHARED_SHIFT; } /** Returns the number of exclusive holds represented in count */ static int exclusiveCount(int state) { return state & EXCLUSIVE_MASK; } 00000000 00000000 00000000 00000000 int類型的數(shù)值的32個bit位。 讀鎖占用情況: 00000000 00000011 00000000 00000000 state >>> 16 00000000 00000000 00000000 00000011 讀鎖被獲取了三次。 寫鎖占用情況。(這里之所以&這個么東西,是對后期的鎖降級有影響~) 00000000 00000000 00000000 00000001 state & 00000000 00000000 11111111 11111111 = 00000000 00000000 00000000 00000001 寫鎖被獲取了一次。
一個同步隊(duì)列,當(dāng)線程獲取鎖資源失敗時,需要到這個同步隊(duì)列中排隊(duì)。到了合適的時機(jī),就會繼續(xù)嘗試獲取對應(yīng)的鎖資源。
四、ReentrantReadWriteLock的鎖重入
同一個線程,多次獲取同一把鎖時,就會出現(xiàn)鎖重入的情況。
而咱們大多數(shù)的鎖,都會提供鎖重入的功能。
鎖重入場景:
public class Demo { // 1、構(gòu)建讀寫鎖對象 static ReentrantReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock(); // 2、單獨(dú)獲取讀、寫鎖對象 static ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock; static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock; static{ // 2、單獨(dú)獲取讀、寫鎖對象 readLock = readWriteLock.readLock(); writeLock = readWriteLock.writeLock(); } public static void main(String[] args){ // 3、根據(jù)業(yè)務(wù)使用具體的鎖對象加鎖 writeLock.lock(); // try-finally的目的,是為了避免沒有及時釋放鎖資源導(dǎo)致死鎖的問題。 try{ // 4、業(yè)務(wù)操作…………調(diào)用其他方法 xxx(); }finally { // 5、釋放鎖 writeLock.unlock(); } } private static void xxx(){ writeLock.lock(); try{ // 其他按業(yè)務(wù) }finally { writeLock.unlock(); } } }
咱們底層的鎖重入邏輯很簡單
**寫鎖:** 寫鎖的實(shí)現(xiàn)就是每一次獲取寫鎖時,會對state的低16位+1,再次獲取,再次+1。同理,每次釋放鎖資源時,也需要對state進(jìn)行-1。 而當(dāng)對state的低16位減到0時,鎖資源就釋放干凈了。
讀鎖: 首先,讀鎖是共享的,他用state的高16位來維護(hù)信息。如果高16位的state的值,經(jīng)過運(yùn)算,知道了是4,也就是讀鎖被獲取了4次。可能A線程獲取了2次讀鎖資源。 B線程獲取了2次讀鎖資源。高位的state自然就是4。但是因?yàn)槌绦騿T寫代碼除了問題,使用A線程,釋放了4次讀鎖資源,那此時B線程是不是就可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)安全問題了。
所以,為了解決上述的問題,每個線程需要獨(dú)立的記錄自己獲取了幾次讀鎖資源??梢允褂肨hreadLocal來保存線程局部的信息,每次加鎖時,ThreadLocal中需要存儲一個標(biāo)記,每次+1。每次釋放鎖時,也需要將ThreadLocal中的標(biāo)記進(jìn)行-1。讀線程最后是基于自己的ThreadLocal中的數(shù)值,來確認(rèn)讀鎖是否釋放干凈。
五、ReentrantReadWriteLock的寫鎖饑餓
寫鎖饑餓的問題。
如果寫線程在AQS中排隊(duì),并且排在head.next的位置。 那么其他想獲取讀鎖的讀線程需要排隊(duì)。避免大量的讀請求獲取讀鎖,讓寫線程一直AQS隊(duì)列中排隊(duì),無法執(zhí)行寫操作的問題。
通過源碼可以看到,讀寫鎖中,僅僅針對head.next這個節(jié)點(diǎn)的情況,來確認(rèn)讀線程獲取讀鎖時是否需要排隊(duì)
// 這個方法,總結(jié)一句話。 // AQS中有排隊(duì)的Node,并且head的next節(jié)點(diǎn)是一個有線程并且在等待寫鎖的Node final boolean apparentlyFirstQueuedIsExclusive() { Node h, s; return (h = head) != null && (s = h.next) != null && !s.isShared() && s.thread != null; }
ReentrantReadWriteLock讀寫鎖中有鎖降級,但是這個和synchronized的鎖升級沒任何關(guān)系?。?!
六、ReentrantReadWriteLock的鎖降級
ReentrantReadWriteLock的鎖降級是指當(dāng)前線程如果持有了寫鎖,可以降級直接獲取到讀鎖。
在讀寫鎖中,持有寫鎖的同時,再去獲取讀鎖,這種行為一般被稱為 **鎖降級** 。
在讀寫鎖中,持有讀鎖的同時,去獲取寫鎖,這種行為被稱為 **鎖升級** ,這個行為是不允許的。
這里是獲取讀鎖的的邏輯,看一下鎖降級的支持方式
// 競爭讀鎖。 if (exclusiveCount(c) != 0 && // 這行代表某個線程持有寫鎖 getExclusiveOwnerThread() != current) // 這行代表持有寫鎖的不是當(dāng)前線程 // 退出競爭,無法獲取讀鎖 return -1;
前面邏輯沒有走return - 1之后,在后續(xù)就會正常的對state的高位+1,并且完成讀鎖的計(jì)數(shù)操作。
七、ReentrantReadWriteLock的優(yōu)化
ReentrantReadWriteLock的優(yōu)化主要是在讀鎖計(jì)數(shù)層面上做的優(yōu)化。
這個對性能的優(yōu)化微乎其微,但是確確實(shí)實(shí)是一個優(yōu)化。
在獲取讀鎖時,因?yàn)槭枪蚕淼模@種優(yōu)化只針對第一個獲取讀鎖的線程和最后一個獲取讀鎖的線程。
針對第一個獲取讀鎖的線程,他采用一個全局變量記錄重入次數(shù)。這個操作可以節(jié)省掉使用ThreadLocal的時間成本和內(nèi)存成本。
其中firstReader記錄第一個獲取讀鎖的線程。
firstReaderHoldCount,記錄第一個獲取讀鎖的線程的重入次數(shù)。
這里是最后一個獲取讀鎖的線程需要走的邏輯
cachedHoldCounter這個屬性是記錄最后一個獲取讀鎖的線程的重入次數(shù)。
這里可以讓最后一個獲取讀鎖的線程在重入時,省略掉去ThreadLocal中g(shù)et計(jì)數(shù)器的操作,但是之前的set存儲操作,不能省略
// 獲取上次最后獲取讀鎖的線程 HoldCounter rh = cachedHoldCounter; // 查看當(dāng)前線程是否是之前的cachedHoldCounter if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) // 說明不是,將當(dāng)前獲取讀鎖的線程設(shè)置為cachedHoldCounter cachedHoldCounter = rh = readHolds.get(); // 這個判斷代表第一次獲取讀鎖才會進(jìn)去 else if (rh.count == 0) // 如果是第一次獲取讀鎖,不是重入,還是需要扔到ThreadLocal里紀(jì)錄好,。 readHolds.set(rh); // 直接對獲取到的rh做++操作,代表獲取了一次讀鎖。 rh.count++;
到此這篇關(guān)于Java中ReentrantReadWriteLock讀寫鎖的實(shí)現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)ReentrantReadWriteLock讀寫鎖內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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