读写锁 ReentrantReadWriteLock

1. 前言

本节内容主要是对 Java 读写锁 ReentrantReadWriteLock 进行讲解，本节内容几乎全部为重点知识，需要学习者对 ReentrantReadWriteLock 进行理解和掌握。本节内容的知识点如下：

ReentrantReadWriteLock 简单介绍，对 ReentrantReadWriteLock 进行一个总体的概括；
ReentrantReadWriteLock 的类结构，从 Java 层面了解 ReentrantReadWriteLock；
ReentrantReadWriteLock 的特点，相比于上两点知识，该知识点可视为重点；
ReentrantReadWriteLock 读锁共享的性质验证，为本节核心内容之一；
ReentrantReadWriteLock 读写互斥的性质验证，为本节核心内容之一。

ReentrantReadWriteLock 在 Java 的锁当中也占据着十分重要的地位，在并发编程中使用频率也是非常的高，一定要对本节内容进行细致的学习和掌握。

2. ReentrantReadWriteLock 介绍

JDK 提供了 ReentrantReadWriteLock 读写锁，使用它可以加快效率，在某些不需要操作实例变量的方法中，完全可以使用读写锁 ReemtrantReadWriteLock 来提升该方法的运行速度。

定义：读写锁表示有两个锁，一个是读操作相关的锁，也称为共享锁；另一个是写操作相关的锁，也叫排他锁。

定义解读：也就是多个读锁之间不互斥，读锁与写锁互斥、写锁与写锁互斥。在没有线程 Thread 进行写入操作时，进行读取操作的多个 Thread 都可以获取读锁，而进行写入操作的 Thread 只有在获取写锁后才能进行写入操作。即多个 Thread 可以同时进行读取操作，但是同一时刻只允许一个 Thread 进行写入操作。

3. ReentrantReadWriteLock 的类结构

ReentrantReadWriteLock 是接口 ReadWriteLock 的子类实现，通过 JDK 的代码可以看出这一实现关系。

public class ReentrantReadWriteLock
        implements ReadWriteLock, java.io.Serializable{}

我们再来看下接口 ReadWriteLock，该接口只定义了两个方法：

public interface ReadWriteLock {
    Lock readLock();
    Lock writeLock();
}

通过调用相应方法获取读锁或写锁，可以如同使用 Lock 接口一样使用。

4. ReentrantReadWriteLock 的特点

性质 1 ：可重入性。

ReentrantReadWriteLock 与 ReentrantLock 以及 synchronized 一样，都是可重入性锁，这里不会再多加赘述所得可重入性质，之前已经做过详细的讲解。

性质 2 ：读写分离。

我们知道，对于一个数据，不管是几个线程同时读都不会出现任何问题，但是写就不一样了，几个线程对同一个数据进行更改就可能会出现数据不一致的问题，因此想出了一个方法就是对数据加锁，这时候出现了一个问题：

线程写数据的时候加锁是为了确保数据的准确性，但是线程读数据的时候再加锁就会大大降低效率，这时候怎么办呢？那就对写数据和读数据分开，加上两把不同的锁，不仅保证了正确性，还能提高效率。

性质 3 ：可以锁降级，写锁降级为读锁。

线程获取写入锁后可以获取读取锁，然后释放写入锁，这样就从写入锁变成了读取锁，从而实现锁降级的特性。

图片描述

性质 4 ：不可锁升级。

线程获取读锁是不能直接升级为写入锁的。需要释放所有读取锁，才可获取写锁。

图片描述

5. ReentrantReadWriteLock 读锁共享

我们之前说过，ReentrantReadWriteLock 之所以优秀，是因为读锁与写锁是分离的，当所有的线程都为读操作时，不会造成线程之间的互相阻塞，提升了效率，那么接下来，我们通过代码实例进行学习。

场景设计：

创建三个线程，线程名称分别为 t1，t2，t3，线程实现方式自行选择；
三个线程同时运行获取读锁，读锁成功后打印线程名和获取结果，并沉睡 2000 毫秒，便于观察其他线程是否可共享读锁；
finally 模块中释放锁并打印线程名和释放结果；
运行程序，观察结果。

结果预期：三条线程能同时获取锁，因为读锁共享。

实例：

public class DemoTest {
    private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();// 读写锁
    private int i;
    public String readI() {
        try {
            lock.readLock().lock();// 占用读锁
            System.out.println("threadName -> " + Thread.currentThread().getName() + " 占用读锁,i->" + i);
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {

        } finally {
            System.out.println("threadName -> " + Thread.currentThread().getName() + " 释放读锁,i->" + i);
            lock.readLock().unlock();// 释放读锁
        }
        return i + "";
    }

    public static void main(String[] args) {
        final DemoTest demo1 = new DemoTest();
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                demo1.readI();
            }
        };
        new Thread(runnable, "t1"). start();
        new Thread(runnable, "t2"). start();
        new Thread(runnable, "t3"). start();
    }
}

结果验证：

threadName -> t1 占用读锁,i->0
threadName -> t2 占用读锁,i->0
threadName -> t3 占用读锁,i->0
threadName -> t1 释放读锁,i->0
threadName -> t3 释放读锁,i->0
threadName -> t2 释放读锁,i->0

结果分析：从结果来看，t1，t2，t3 均在同一时间获取了锁，证明了读锁共享的性质。

6. ReentrantReadWriteLock 读写互斥

当共享变量有写操作时，必须要对资源进行加锁，此时如果一个线程正在进行读操作，那么写操作的线程需要等待。同理，如果一个线程正在写操作，读操作的线程需要等待。

场景设计：细节操作不详细阐述，看示例代码即可。

创建两个线程，线程名称分别为 t1，t2；
线程 t1 进行读操作，获取到读锁之后，沉睡 5000 毫秒；
线程 t2 进行写操作；
开启 t1，1000 毫秒后开启 t2 线程；
运行程序，观察结果。

结果预期：线程 t1 获取了读锁，在沉睡的 5000 毫秒中，线程 t2 只能等待，不能获取到锁，因为读写互斥。

实例：

public class DemoTest {
    private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();// 读写锁
    private int i;
    public String readI() {
        try {
            lock.readLock().lock();// 占用读锁
            System.out.println("threadName -> " + Thread.currentThread().getName() + " 占用读锁,i->" + i);
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
        } finally {
            System.out.println("threadName -> " + Thread.currentThread().getName() + " 释放读锁,i->" + i);
            lock.readLock().unlock();// 释放读锁
        }
        return i + "";
    }

    public void addI() {
        try {
            lock.writeLock().lock();// 占用写锁
            System.out.println("threadName -> " + Thread.currentThread().getName() + " 占用写锁,i->" + i);
            i++;
        } finally {
            System.out.println("threadName -> " + Thread.currentThread().getName() + " 释放写锁,i->" + i);
            lock.writeLock().unlock();// 释放写锁
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final DemoTest demo1 = new DemoTest();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                demo1.readI();
            }
        }, "t1"). start();
        Thread.sleep(1000);
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                demo1.addI();
            }
        }, "t2"). start();
    }
}

结果验证：

threadName -> t1 占用读锁,i->0
threadName -> t1 释放读锁,i->0
threadName -> t2 占用写锁,i->0
threadName -> t2 释放写锁,i->1

结果解析：验证成功，在线程 t1 沉睡的过程中，写锁 t2 线程无法获取锁，因为锁已经被读操作 t1 线程占据了。

7. 小结

本节内容只要是对读写锁 ReentrantReadWriteLock 进行的比较细致的讲解，对于本节的内容几乎通篇为重点内容。

其中核心知识点为读锁共享和读写互斥的验证，所有的知识点都是围绕这两个话题进行讲解的，有兴趣的同学可以根据实例代码进行写锁互斥的验证。唯一不同的地方就是创建两个写线程进行写锁的获取。

掌握本节知识点，有助于我们在特定的场景下对读写锁进行应用。