讀/寫(xiě)鎖是比JavaLock中的鎖文本中顯示的實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的鎖。想象一下，你有一個(gè)應(yīng)用程序讀取和寫(xiě)入一些資源，但寫(xiě)入它的工作不如讀取它。讀取同一資源的兩個(gè)線程不會(huì)互相造成問(wèn)題，因此多個(gè)想要讀取資源的線程同時(shí)被授予訪問(wèn)權(quán)限，重疊。但是，如果單個(gè)線程想要寫(xiě)入資源，則不能同時(shí)進(jìn)行其他讀取或?qū)懭搿榱私鉀Q這個(gè)允許多個(gè)讀者但只有一個(gè)寫(xiě)者的問(wèn)題，你需要一個(gè)讀/寫(xiě)鎖。

讀/寫(xiě)鎖Java實(shí)現(xiàn)

首先我們總結(jié)一下獲取資源讀寫(xiě)權(quán)限的條件：

讀取權(quán)限，如果沒(méi)有線程在寫(xiě)，并且沒(méi)有線程請(qǐng)求寫(xiě)訪問(wèn)。

寫(xiě)訪問(wèn)，如果沒(méi)有線程正在讀取或?qū)懭搿?/p>

如果一個(gè)線程想要讀取資源，只要沒(méi)有線程正在寫(xiě)入，并且沒(méi)有線程請(qǐng)求對(duì)該資源的寫(xiě)訪問(wèn)，就可以了。通過(guò)提高寫(xiě)訪問(wèn)請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，我們假設(shè)寫(xiě)請(qǐng)求比讀請(qǐng)求更重要。此外，如果讀取是最常發(fā)生的事情，并且我們沒(méi)有提高寫(xiě)入的優(yōu)先級(jí)，則可能會(huì)發(fā)生饑餓。請(qǐng)求寫(xiě)訪問(wèn)的線程將被阻止，直到所有讀者都解鎖了ReadWriteLock. 如果新線程不斷被授予讀訪問(wèn)權(quán)限，則等待寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)限的線程將無(wú)限期地保持阻塞，從而導(dǎo)致饑餓。因此，如果當(dāng)前沒(méi)有線程鎖定線程，則只能授予線程讀取訪問(wèn)權(quán)限ReadWriteLock寫(xiě)作，或要求鎖定寫(xiě)作。

可以授予想要對(duì)資源進(jìn)行寫(xiě)訪問(wèn)的線程，因此當(dāng)沒(méi)有線程正在讀取或?qū)懭胭Y源時(shí)。有多少線程請(qǐng)求寫(xiě)訪問(wèn)或按什么順序都沒(méi)有關(guān)系，除非您想保證請(qǐng)求寫(xiě)訪問(wèn)的線程之間的公平性。

考慮到這些簡(jiǎn)單的規(guī)則，我們可以實(shí)現(xiàn)ReadWriteLock如下所示：

公共類讀寫(xiě)鎖{
  私人 int 讀者 = 0;
  私人 int 作家 = 0;
  私人 int writeRequests = 0;
  公共同步 void lockRead() 拋出 InterruptedException{
    而（作家> 0 || writeRequests > 0）{
      等待（）;
    }
    讀者++；
  }
  公共同步無(wú)效解鎖讀取（）{
    讀者——；
    通知所有（）；
  }
  公共同步 void lockWrite() 拋出 InterruptedException{
    寫(xiě)請(qǐng)求++；
    而（讀者> 0 ||作家> 0）{
      等待（）;
    }
    寫(xiě)請(qǐng)求——；
    作家++；
  }
  公共同步 void unlockWrite() 拋出 InterruptedException{
    作家——；
    通知所有（）；
  }
}

有ReadWriteLock兩種鎖定方法和兩種解鎖方法。一種用于讀取訪問(wèn)的鎖定和解鎖方法，一種用于寫(xiě)入訪問(wèn)的鎖定和解鎖方法。

讀取訪問(wèn)的規(guī)則在該lockRead()方法中實(shí)現(xiàn)。所有線程都獲得讀訪問(wèn)權(quán)限，除非有一個(gè)線程具有寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)限，或者一個(gè)或多個(gè)線程請(qǐng)求了寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)限。

寫(xiě)訪問(wèn)的規(guī)則在lockWrite()方法中實(shí)現(xiàn)。想要寫(xiě)訪問(wèn)的線程從請(qǐng)求寫(xiě)訪問(wèn)開(kāi)始(writeRequests++)。然后它將檢查它是否真的可以獲得寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)限。如果沒(méi)有對(duì)資源具有讀訪問(wèn)權(quán)限的線程，并且沒(méi)有對(duì)資源具有寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)限的線程，則線程可以獲得寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)限。有多少線程請(qǐng)求寫(xiě)訪問(wèn)并不重要。

值得注意的是，兩者都是unlockRead()andunlockWrite()調(diào)用 notifyAll()而不是notify(). 要解釋為什么會(huì)這樣，請(qǐng)想象以下情況：

在 ReadWriteLock 內(nèi)部有等待讀訪問(wèn)的線程和等待寫(xiě)訪問(wèn)的線程。如果被喚醒的線程notify()是讀訪問(wèn)線程，它將被放回等待，因?yàn)橛芯€程在等待寫(xiě)訪問(wèn)。但是，沒(méi)有一個(gè)等待寫(xiě)訪問(wèn)的線程被喚醒，所以沒(méi)有更多的事情發(fā)生。沒(méi)有線程既不能讀也不能寫(xiě)。通過(guò)調(diào)用noftifyAll()喚醒所有等待的線程并檢查它們是否可以獲得所需的訪問(wèn)權(quán)限。

打電話notifyAll()還有另一個(gè)好處。如果多個(gè)線程正在等待讀取訪問(wèn)，而沒(méi)有一個(gè)線程正在等待寫(xiě)入訪問(wèn)，并且unlockWrite()被調(diào)用，則所有等待讀取訪問(wèn)的線程都被立即授予讀取訪問(wèn)權(quán)限 - 而不是一個(gè)接一個(gè)。

讀/寫(xiě)鎖重入

前面顯示的ReadWriteLock類是不可重入的。如果一個(gè)具有寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)限的線程再次請(qǐng)求它，它將阻塞，因?yàn)橐呀?jīng)有一個(gè)寫(xiě)者——它自己。此外，考慮這種情況：

線程 1 獲得讀取權(quán)限。

線程 2 請(qǐng)求寫(xiě)訪問(wèn)，但由于只有一個(gè)讀取器而被阻止。

線程1重新請(qǐng)求讀訪問(wèn)(重新入鎖)，但是因?yàn)橛袑?xiě)請(qǐng)求而被阻塞

在這種情況下，前一個(gè)ReadWriteLock會(huì)鎖定 - 類似于死鎖的情況。不會(huì)授予既不請(qǐng)求讀取也不請(qǐng)求寫(xiě)入訪問(wèn)的線程。

要使ReadWriteLock可重入，有必要進(jìn)行一些更改。讀者和作者的重入將分別處理。

讀取重入

為了讓ReadWriteLock讀者可以重入，我們首先要建立閱讀重入的規(guī)則：

如果線程可以獲得讀取訪問(wèn)權(quán)限(沒(méi)有寫(xiě)入者或?qū)懭胝?qǐng)求)，或者如果它已經(jīng)具有讀取訪問(wèn)權(quán)限(無(wú)論寫(xiě)入請(qǐng)求如何)，它就會(huì)被授予讀取重入權(quán)限。

為了確定一個(gè)線程是否已經(jīng)具有讀訪問(wèn)權(quán)限，對(duì)每個(gè)被授予讀訪問(wèn)權(quán)限的線程的引用以及它獲得讀鎖的次數(shù)都保存在 Map 中。在確定是否可以授予讀取訪問(wèn)權(quán)限時(shí)，將檢查此 Map 是否對(duì)調(diào)用線程的引用。以下是更改后lockRead()andunlockRead()方法的外觀：

公共類讀寫(xiě)鎖{
  私有 Map<Thread, Integer> readingThreads =
      新的 HashMap<Thread, Integer>();
  私人 int 作家 = 0;
  私人 int writeRequests = 0;
  公共同步 void lockRead() 拋出 InterruptedException{
    線程調(diào)用Thread = Thread.currentThread();
    而（！canGrantReadAccess（調(diào)用線程））{
      等待（）;                                                                   
    }
    readingThreads.put（調(diào)用線程，
       (getAccessCount(callingThread) + 1));
  }
  公共同步無(wú)效解鎖讀取（）{
    線程調(diào)用Thread = Thread.currentThread();
    int accessCount = getAccessCount(callingThread);
    if(accessCount == 1){ readingThreads.remove(callingThread); }
    否則 { readingThreads.put(callingThread, (accessCount -1)); }
    通知所有（）；
  }
  私有布爾canGrantReadAccess（線程調(diào)用線程）{
    如果（作家> 0）返回假；
    如果（isReader（調(diào)用線程）返回真；
    如果（writeRequests > 0）返回假；
    返回真；
  }
  私有 int getReadAccessCount（線程調(diào)用線程）{
    整數(shù) accessCount = readingThreads.get(callingThread);
    if(accessCount == null) 返回 0;
    返回 accessCount.intValue();
  }
  私有布爾 isReader（線程調(diào)用線程）{
    返回閱讀Threads.get(callingThread) != null;
  }
}

如您所見(jiàn)，僅當(dāng)當(dāng)前沒(méi)有線程寫(xiě)入資源時(shí)才授予讀取重入。此外，如果調(diào)用線程已經(jīng)具有讀取訪問(wèn)權(quán)限，則這優(yōu)先于任何 writeRequests。

寫(xiě)重入

僅當(dāng)線程已經(jīng)具有寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)限時(shí)才授予寫(xiě)重入。以下是更改后的lockWrite()andunlockWrite()方法：

公共類讀寫(xiě)鎖{
    私有 Map<Thread, Integer> readingThreads =
        新的 HashMap<Thread, Integer>();
    私有 int writeAccesses = 0;
    私人 int writeRequests = 0;
    私有線程寫(xiě)作Thread = null;
  公共同步 void lockWrite() 拋出 InterruptedException{
    寫(xiě)請(qǐng)求++；
    線程調(diào)用Thread = Thread.currentThread();
    而（！canGrantWriteAccess（調(diào)用線程））{
      等待（）;
    }
    寫(xiě)請(qǐng)求——；
    寫(xiě)訪問(wèn)++；
    寫(xiě)線程 = 調(diào)用線程；
  }
  公共同步 void unlockWrite() 拋出 InterruptedException{
    寫(xiě)訪問(wèn)——；
    如果（writeAccesses == 0）{
      寫(xiě)線程=空；
    }
    通知所有（）；
  }
  私有布爾canGrantWriteAccess（線程調(diào)用線程）{
    如果（hasReaders（））返回假；
    if(writingThread == null) 返回真；
    if(!isWriter(callingThread)) 返回假；
    返回真；
  }
  私有布爾 hasReaders(){
    返回讀數(shù)Threads.size() > 0;
  }
  私有布爾 isWriter（線程調(diào)用線程）{
    返回寫(xiě)線程 == 調(diào)用線程；
  }
}

請(qǐng)注意，在確定調(diào)用線程是否可以獲得寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)時(shí)，現(xiàn)在如何考慮當(dāng)前持有寫(xiě)鎖的線程。

讀寫(xiě)重入

有時(shí)，具有讀訪問(wèn)權(quán)限的線程也需要獲得寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)限。為此，線程必須是唯一的讀者。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，writeLock()應(yīng)該稍微改變方法。這是它的樣子：

公共類讀寫(xiě)鎖{
    私有 Map<Thread, Integer> readingThreads =
        新的 HashMap<Thread, Integer>();
    私有 int writeAccesses = 0;
    私人 int writeRequests = 0;
    私有線程寫(xiě)作Thread = null;
  公共同步 void lockWrite() 拋出 InterruptedException{
    寫(xiě)請(qǐng)求++；
    線程調(diào)用Thread = Thread.currentThread();
    而（！canGrantWriteAccess（調(diào)用線程））{
      等待（）;
    }
    寫(xiě)請(qǐng)求——；
    寫(xiě)訪問(wèn)++；
    寫(xiě)線程 = 調(diào)用線程；
  }
  公共同步 void unlockWrite() 拋出 InterruptedException{
    寫(xiě)訪問(wèn)——；
    如果（writeAccesses == 0）{
      寫(xiě)線程=空；
    }
    通知所有（）；
  }
  私有布爾canGrantWriteAccess（線程調(diào)用線程）{
    if(isOnlyReader(callingThread)) 返回真；
    如果（hasReaders（））返回假；
    if(writingThread == null) 返回真；
    if(!isWriter(callingThread)) 返回假；
    返回真；
  }
  私有布爾 hasReaders(){
    返回讀數(shù)Threads.size() > 0;
  }
  私有布爾 isWriter（線程調(diào)用線程）{
    返回寫(xiě)線程 == 調(diào)用線程；
  }
  私有布爾 isOnlyReader（線程線程）{
      返回讀數(shù)Threads.size() == 1 &&
             readingThreads.get(callingThread) != null;
      } 
}

現(xiàn)在ReadWriteLock該類是讀寫(xiě)訪問(wèn)可重入的。

寫(xiě)讀重入

有時(shí)，具有寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)限的線程也需要讀訪問(wèn)權(quán)限。如果請(qǐng)求，應(yīng)始終授予寫(xiě)入者讀取訪問(wèn)權(quán)限。如果一個(gè)線程有寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)限，其他線程就不能有讀或?qū)懺L問(wèn)權(quán)限，所以它并不危險(xiǎn)。以下是該 canGrantReadAccess()方法在更改后的外觀：

公共類讀寫(xiě)鎖{
    私有布爾canGrantReadAccess（線程調(diào)用線程）{
      if(isWriter(callingThread)) 返回真；
      如果（寫(xiě)線程！= null）返回false；
      如果（isReader（調(diào)用線程）返回真；
      如果（writeRequests > 0）返回假；
      返回真；
    }
}

完全可重入讀寫(xiě)鎖

下面是完全可重入的ReadWriteLock實(shí)現(xiàn)。我對(duì)訪問(wèn)條件進(jìn)行了一些重構(gòu)，以使它們更易于閱讀，從而更容易說(shuō)服自己它們是正確的。

公共類讀寫(xiě)鎖{
  私有 Map<Thread, Integer> readingThreads =
       新的 HashMap<Thread, Integer>();
   私有 int writeAccesses = 0;
   私人 int writeRequests = 0;
   私有線程寫(xiě)作Thread = null;
  公共同步 void lockRead() 拋出 InterruptedException{
    線程調(diào)用Thread = Thread.currentThread();
    而（！canGrantReadAccess（調(diào)用線程））{
      等待（）;
    }
    readingThreads.put（調(diào)用線程，
     (getReadAccessCount(callingThread) + 1));
  }
  私有布爾canGrantReadAccess（線程調(diào)用線程）{
    if( isWriter(callingThread) ) 返回真；
    if( hasWriter() ) 返回假；
    if( isReader(callingThread) ) 返回真；
    if( hasWriteRequests() ) 返回假；
    返回真；
  }
  公共同步無(wú)效解鎖讀取（）{
    線程調(diào)用Thread = Thread.currentThread();
    如果（！isReader（調(diào)用線程））{
      throw new IllegalMonitorStateException("調(diào)用線程沒(méi)有" +
        " 持有此 ReadWriteLock 的讀鎖");
    }
    int accessCount = getReadAccessCount(callingThread);
    if(accessCount == 1){ readingThreads.remove(callingThread); }
    否則 { readingThreads.put(callingThread, (accessCount -1)); }
    通知所有（）；
  }
  公共同步 void lockWrite() 拋出 InterruptedException{
    寫(xiě)請(qǐng)求++；
    線程調(diào)用Thread = Thread.currentThread();
    而（！canGrantWriteAccess（調(diào)用線程））{
      等待（）;
    }
    寫(xiě)請(qǐng)求——；
    寫(xiě)訪問(wèn)++；
    寫(xiě)線程 = 調(diào)用線程；
  }
  公共同步 void unlockWrite() 拋出 InterruptedException{
    if(!isWriter(Thread.currentThread()){
      throw new IllegalMonitorStateException("調(diào)用線程沒(méi)有" +
        " 持有這個(gè) ReadWriteLock 的寫(xiě)鎖");
    }
    寫(xiě)訪問(wèn)——；
    如果（writeAccesses == 0）{
      寫(xiě)線程=空；
    }
    通知所有（）；
  }
  私有布爾canGrantWriteAccess（線程調(diào)用線程）{
    if(isOnlyReader(callingThread)) 返回真；
    如果（hasReaders（））返回假；
    if(writingThread == null) 返回真；
    if(!isWriter(callingThread)) 返回假；
    返回真；
  }
  私有 int getReadAccessCount（線程調(diào)用線程）{
    整數(shù) accessCount = readingThreads.get(callingThread);
    if(accessCount == null) 返回 0;
    返回 accessCount.intValue();
  }
  私有布爾 hasReaders(){
    返回讀數(shù)Threads.size() > 0;
  }
  私有布爾 isReader（線程調(diào)用線程）{
    返回閱讀Threads.get(callingThread) != null;
  }
  私有布爾 isOnlyReader（線程調(diào)用線程）{
    返回讀數(shù)Threads.size() == 1 &&
           readingThreads.get(callingThread) != null;
  }
  私有布爾 hasWriter(){
    返回寫(xiě)作線程！= null;
  }
  私有布爾 isWriter（線程調(diào)用線程）{
    返回寫(xiě)線程 == 調(diào)用線程；
  }
  私有布爾 hasWriteRequests(){
      返回 this.writeRequests > 0;
  }
}

從 finally 子句調(diào)用 unlock()

當(dāng)用 保護(hù)臨界區(qū)時(shí)ReadWriteLock，臨界區(qū)可能會(huì)拋出異常，從 - 子句內(nèi)部調(diào)用readUnlock()和writeUnlock()方法很重要finally。這樣做可以確保ReadWriteLock已解鎖，以便其他線程可以鎖定它。這是一個(gè)例子：

lock.lockWrite();
嘗試{
  //做臨界區(qū)代碼，可能會(huì)拋出異常
} 最后 {
  lock.unlockWrite();
}

這個(gè)小結(jié)構(gòu)確保ReadWriteLock在關(guān)鍵部分的代碼拋出異常的情況下解鎖。如果unlockWrite() 沒(méi)有從 - 子句內(nèi)部調(diào)用finally，并且從臨界區(qū)拋出異常，ReadWriteLock則將永遠(yuǎn)保持寫(xiě)鎖定，導(dǎo)致調(diào)用該實(shí)例的所有線程lockRead()或lockWrite()在該 ReadWriteLock實(shí)例上無(wú)限期停止。唯一可以解鎖的ReadWriteLock方法是如果 ReadWriteLock是可重入的，并且在拋出異常時(shí)鎖定它的線程后來(lái)成功鎖定它，執(zhí)行關(guān)鍵部分并unlockWrite() 隨后再次調(diào)用。那將ReadWriteLock再次解鎖。但為什么要等到這種情況發(fā)生，如果它發(fā)生了嗎?unlockWrite()從 -子句調(diào)用finally是一個(gè)更健壯的解決方案。

以上就是關(guān)于“Java實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)鎖的原理”介紹，大家如果想了解更多相關(guān)知識(shí)，不妨來(lái)關(guān)注一下本站的Java在線學(xué)習(xí)，里面的課程內(nèi)容從入門(mén)到精通，細(xì)致全面，很適合沒(méi)有基礎(chǔ)的小伙伴學(xué)習(xí)，希望對(duì)大家能夠有所幫助。