一文了解Java读写锁ReentrantReadWriteLock的使用

2022-11-13 18:11:57 java 读写 一文

概述

ReentrantReadWriteLock不知道大家熟悉吗？其实在实际的项目中用的比较少，反正我所在的项目没有用到过。

ReentrantReadWriteLock称为读写锁，它提供一个读锁，支持多个线程共享同一把锁。它也提供了一把写锁，是独占锁，和其他读锁或者写锁互斥，表明只有一个线程能持有锁资源。通过两把锁的协同工作，能够最大化的提高读写的性能，特别是读多写少的场景，而往往大部分的场景都是读多写少的。

本文主要讲解ReentrantReadWriteLock的使用和应用场景。

ReentrantReadWriteLock介绍

ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口，可以获取到读锁（共享锁），写锁（独占锁）。同时，通过构造方法可以创建锁本身是公平锁还是非公锁。

读写锁机制：

 读锁写锁
读锁共享互斥
写锁互斥互斥

线程进入读锁的前提条件：

  • 没有其他线程的写锁
  • 没有写请求，或者有写请求但调用线程和持有锁的线程是同一个线程

进入写锁的前提条件：

  • 没有其他线程的读锁
  • 没有其他线程的写锁

锁升级、降级机制：

我们知道ReentrantLock具备可重入的能力，即同一个线程多次获取锁，不引起阻塞，那么ReentrantReadWriteLock关于可重入性是怎么样的呢？

关于这个问题需要引入两个概念，锁升级，锁降级。

  • 锁升级：从读锁变成写锁。
  • 锁降级：从写锁变成读锁；

重入时锁升级不支持：持有读锁的情况下去获取写锁会导致获取写锁永久等待，需要先释放读，再去获得写

重入时锁降级支持：持有写锁的情况下去获取读锁，造成只有当前线程会持有读锁，因为写锁会互斥其他的锁

API介绍

构造方法：

  • public ReentrantReadWriteLock()：默认构造方法，非公平锁
  • public ReentrantReadWriteLock(boolean fair)：true 为公平锁

常用api：

  • public ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock()：返回读锁
  • public ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock()：返回写锁
  • public void lock()：加锁
  • public void unlock()：解锁
  • public boolean tryLock()：尝试获取锁

代码范式

加解锁格式

r.lock();
try {
    // 临界区
} finally {
	r.unlock();
}

锁降级

w.lock();
try {
    r.lock();// 降级为读锁, 释放写锁, 这样能够让其它线程读取缓存
    try {
        // ...
    } finally{
    	w.unlock();// 要在写锁释放之前获取读锁
    }
} finally{
	r.unlock();
}

实战案例

验证读读共享模式

@Test
    public void readReadMode() throws InterruptedException {
        ReentrantReadWriteLock rw = new ReentrantReadWriteLock();
        ReentrantReadWriteLock.ReadLock r = rw.readLock();
        ReentrantReadWriteLock.WriteLock w = rw.writeLock();

        Thread thread0 = new Thread(() -> {
            r.lock();
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println("Thread 1 running " + new Date());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                r.unlock();
            }
        },"t1");

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            r.lock();
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println("Thread 2 running " + new Date());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                r.unlock();
            }
        },"t2");

        thread0.start();
        thread1.start();

        thread0.join();
        thread1.join();
    }

运行结果：

两个线程同时运行，都获取到了读锁

验证读写互斥模式

@Test
    public void readWriteMode() throws InterruptedException {
        ReentrantReadWriteLock rw = new ReentrantReadWriteLock();
        ReentrantReadWriteLock.ReadLock r = rw.readLock();
        ReentrantReadWriteLock.WriteLock w = rw.writeLock();

        Thread thread0 = new Thread(() -> {
            r.lock();
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println("Thread 1 running " + new Date());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                r.unlock();
            }
        },"t1");

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            w.lock();
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println("Thread 2 running " + new Date());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                w.unlock();
            }
        },"t2");

        thread0.start();
        thread1.start();

        thread0.join();
        thread1.join();
    }

运行结果：

两个线程间隔1秒，互斥执行

真实缓存例子

什么场景下读多写少？ 想必最先想到的就是缓存把，ReentrantReadWriteLock在缓存场景中就是一个很典型的应用。

缓存更新时，是先清缓存还是先更新数据库？

  • 先清缓存：可能造成刚清理缓存还没有更新数据库，高并发下，其他线程直接查询了数据库过期数据到缓存中，这种情况非常严重，直接导致后续所有的请求缓存和数据库不一致。
  • 先更新据库：可能造成刚更新数据库，还没清空缓存就有线程从缓存拿到了旧数据，这种情况概率比较小，影响范围有限，只对这一次的查询结果有问题。

显而易见，通常情况下，先更新数据库，然后清空缓存。

public class GenericCachedDao {

    // 缓存对象，这里用JVM缓存
    Map<String, String> cache = new HashMap<>();
    // 读写锁
    ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

    // 读取操作
    public String getData(String key) {
        // 加读锁，防止其他线程修改缓存
        readWriteLock.readLock().lock();
        try {
            String value = cache.get(key);
            // 如果缓存命中，返回
            if(value != null) {
                return value;
            }
        } finally {
            // 释放读锁
            readWriteLock.readLock().unlock();
        }

        //如果缓存没有命中，从数据库中加载
        readWriteLock.writeLock().lock();
        try {
            // 细节，为防止重复查询数据库, 再次验证
            // 因为get 方法上面部分是可能多个线程进来的, 可能已经向缓存填充了数据
            String value = cache.get(key);
            if(value == null) {
                // 这里可以改成从数据库查询
                value = "alvin";
                cache.put(key, value);
            }
            return value;
        } finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }

    // 更新数据
    public void updateData(String key, String value) {
        // 加写锁
        readWriteLock.writeLock().lock();
        try {
            // 更新操作TODO

            // 清空缓存
            cache.remove(key);
        } finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }
}

getData方法是读取操作，先加读锁，从缓存读取，如果没有命中，加写锁，此时其他线程就不能读取了，等写入成功后，释放读锁。

updateData方法是写操作，更新时加写锁，其他线程此时无法读取，然后清空缓存中的旧数据。

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