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Java多线程并发之读写锁

Java多线程并发之读写锁

本文主要内容:读写锁的理论;通过生活中例子来理解读写锁;读写锁的代码演示;读写锁总结。通过理论(总结)-例子-代码-然后再次总结,这四个步骤来让大家对读写锁的深刻理解。

本篇是《凯哥(凯哥Java:kagejava)并发编程学习》系列之《Lock系列》教程的第七篇:《Java并发包下锁学习第七篇:读写锁》。

一:读写锁的理论

什么是读写锁?

多个线程同时读一个资源类是没有任何问题的,所以为了满足在并发的情况下,读取共享资源应该是可以同时进行的;但是,如果一个线程想要去写共享资源,就不应该再有其他线程可以对该共享资源进行读或者是写操作了。

即读写锁在同一时刻可以允许多个多线程访问,但是在写线程访问的时候,所有的读线程和其他写线程都会被阻塞。读写锁实际维护了一对锁,一个读锁,一个写锁,通过分离读锁和写锁,使得其并发性比独占式锁(排他锁)有了很大的提升。

为什么需要读写锁?

通过前面文章的学习,我们知道了ReentrantLock(下文简称:RLock)对象了。Rlock比起synchronized(下文简称Sync)来说有三个优点:RLock可以被中断;RLock可以有公平锁;RLock可以绑定多个条件。那么既然RLock比Sync有这么多优点,为什么还需要读写锁呢?

那是因为RLock是独占式(排他) 锁,即当线程1获取到资源的时候,其他线程不能再来操作共享资源了。就算是RLock的操作是读取的时候,其他线程也不能读取共享资源的操作。这在现实生活中是不符合逻辑的(在下文神话中读写锁的例子中我们就能体会到为什么不符合逻辑的),而且性能也比较慢。所以就有了读写锁的出现。

二:读写锁的理解

生活中读写锁的例子

例子一:我们大家去火车站乘车的时候,有个大大的公示屏幕,会告诉大家当前车次是否晚点。显示屏是给给所有乘客看的,如果火车晚点,对应车次后面就会被修改成晚点大约xxx分钟。这个修改的动作只能是火车站内部人员来操作的,我们乘客是不能操作的。这个过程,站在并发角度来分析的的话:电子屏幕是共享数据;千千万万的乘客是不同的线程;火车站内部工作人员也是不同的线程;乘客是读资源的线程,当一个线程来读取的时候,其他线程也可以读取操作的;火车站内部工作人员修改火车信息的时候,同时只能有一个工作人员来修改,不能两个都来修改。如果两个都来修改的话,上一秒显示晚点1min,下一秒显示正常。这个是不行的,乘客有可能会错过乘车的。所以修改的时候同时只能由一个工作人员来修改。

例子二:我们在玩王者荣耀的时候,有时候会遇到停服更新的。在不更新前,所有玩家都可以玩,当停服更新的时候,所有玩家就不能玩了。这个操作在并发角度来说:千千万万的玩家是读共享资源的;游戏维护者是写操作的。当停服更新的时候,读操作就被阻塞了,只能等写操作,也就是更新完成后,才可以接着玩。

通过上面两个例子我们可以分析到读写锁的三个参与者:共享资源;读对象;写对象。而且读和写一般是分离的。

三:读写锁的代码演示

我们就用火车站进站案例来模拟:

未使用锁的时候

先来看看屏幕对象:

再来看看多个工作人员更新操作及多个乘客获取操作:

查看运行结果:

从运行结果中,我们可以发现当工号未13的还没有更新完车次信息的时候,工号12和14的员工也来更新了。这种操作是不允许的。因为写操作要原子性,要独占。当工作人员甲在修改的时候车次信息的时候,其他工作人员不能同时修改同一个车次信息了。而且从乘客获取车次信息的数据来看,获取到的只是工号是13的。这个时候获取到的数据不一定是正确的了。所以,不使用锁是不行的。

使用排他锁

如果使用独占式做的话,我们查看运行结果:

从运行结果来看,再读取的时候,需要一个一个读取的。当16号乘客查看的时候,17号乘客是不能查看的。这个是不符合实际业务逻辑的。所以,独占式(排他锁)RLock在这里不适合。我们再来看看读写锁:

使用读写锁

先来看看使用读写锁的屏幕对象

再来看看运行结果:

从运行结果中,我们可以看到,工作人员是一个一个的操作完成的。当14号操作完成之后,13号和12号才可以操作的。这个符号我们正常的业务。乘客读取的时候,读取到的都是最后一次更新,这个也符合我们的业务。所以,通过读写锁来操作车站屏幕是可以的。

四:读写锁总结

4.1:wrLock类对象

同样包含了公平锁和非公平锁。

其中ReadLock是读锁对象;WriteLock是写锁对象。

4.2:使用语法

读操作使用ReadLock

编辑

写操作的时候,使用WriteLock对象:

4.3:总结

读写锁(ReentrantReadWriteLock),凯哥就简写rwLock。也可以实现公平和非公平的。其内部维护了一对锁:一个读锁(ReadLock对象),一个写锁(writeLock对象),通过读写分离的方式来提高并发性能。读写锁也叫共享锁。其共享是在读数据的时候,可以让多个线程同时进行读操作的。在写的时候具有排他性,其他读或者写操作都要被阻塞。

一般情况下,读写锁的性能都会比排他锁性能好,那是因为,大多数场景读操作多于写操作的。在读多与写的场景下,读写锁能够提供比排他锁更好的并性能和吞吐量。

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