可重入的读写锁-ReentrantReadWriteLock及AQS源码分析

1 读写锁，一个用于只读，一个用于写入

只要没有writer，读锁可以由多个reader线程同时保持。 写锁是独占的。

• 互斥锁一次只允许一个线程访问共享数据，哪怕是只读
• 读写锁允许对共享数据进行更高性能的并发访问
  • 对于写操作，一次只有一个线程（write线程）可修改共享数据
  • 对于读操作，允许任意数量的线程同时读取

与互斥锁相比，使用读写锁能否提升性能则取决于读写操作期间读取数据相对于修改数据的频率，以及数据的争用,即在同一时间试图对该数据执行读取或写入操作的线程数。

读写锁适用于读多写少的场景。

2 可重入读写锁 ReentrantReadWriteLock

可重入锁，又名递归锁。

2.1 属性

ReentrantReadWriteLock 基于 AbstractQueuedSynchronizer实现，具有如下属性

获取顺序

此类不会将读/写者优先强加给锁访问的排序。

• 非公平模式（默认） 连续竞争的非公平锁可能无限期推迟一或多个读或写线程，但吞吐量通常要高于公平锁。
• 公平模式 线程利用一个近似到达顺序的策略来竞争进入。 当释放当前持有的锁时，可以为等待时间最长的单个writer线程分配写锁，如果有一组等待时间大于所有正在等待的writer线程的reader，将为该组分配读锁。 试图获得公平写入锁的非重入的线程将会阻塞，除非读取锁和写入锁都自由（这意味着没有等待线程）。

重入

此锁允许reader和writer按照 ReentrantLock 的样式重新获取读/写锁。在写线程保持的所有写锁都已释放后，才允许重入reader使用读锁 writer可以获取读取锁，但reader不能获取写入锁。

锁降级

重入还允许从写锁降级为读锁，实现方式是：先获取写锁，然后获取读取锁，最后释放写锁。但是，从读取锁升级到写入锁是不可能的。

锁获取的中断

读锁和写锁都支持锁获取期间的中断。

Condition 支持

写锁提供了一个 Condition 实现，对于写锁来说，该实现的行为与 ReentrantLock.newCondition() 提供的 Condition 实现对 ReentrantLock 所做的行为相同。当然，此 Condition 只能用于写锁。 读锁不支持 Condition，readLock().newCondition() 会抛UnsupportedOperationException

监测

此类支持一些确定是读锁还是写锁的方法。这些方法设计用于监视系统状态，而不是同步控制。

3 AQS

• 记录当前加锁的是哪个线程，初始化状态下，这个变量是null

接着线程1跑过来调用ReentrantLock#lock()尝试加锁：直接用CAS操作将state值从0变为1。 如果之前没人加过锁，那么state的值肯定是0，此时线程1就可以加锁成功。 一旦线程1加锁成功了之后，就可以设置当前加锁线程是自己。

• 线程1跑过来加锁的一个过程

加锁线程变量

其实每次线程1可重入加锁一次，会判断一下当前加锁线程就是自己，那么他自己就可以可重入多次加锁，每次加锁就是把state的值给累加1，别的没啥变化。

接着，如果线程1加锁了之后，线程2跑过来加锁会怎么样呢？

锁的互斥是如何实现的？

线程2跑过来一下看到 state≠0，所以CAS将state 01=》失败，因为state的值当前为1，已有人加锁了！

接着线程2会看一下，是不是自己之前加的锁啊？当然不是了，“加锁线程”这个变量明确记录了是线程1占用了这个锁，所以线程2此时就是加锁失败。

接着，线程2会将自己放入AQS中的一个等待队列，因为自己尝试加锁失败了，此时就要将自己放入队列中来等待，等待线程1释放锁之后，自己就可以重新尝试加锁了。

接着，线程1在执行完自己的业务逻辑代码之后，就会释放锁：将AQS内的state变量的值减1，若state值为0，则彻底释放锁，会将“加锁线程”变量也设置为null。

接下来，会从等待队列的队头唤醒线程2重新尝试加锁。线程2现在就重新尝试加锁：CAS将state从0变为1，此时就会成功，成功之后代表加锁成功，就会将state设置为1。还要把“加锁线程”设置为线程2自己，同时线程2自己就从等待队列中出队了。

• ReentrantLock，它是可重入的独占锁，内部的 Sync 类实现了 tryAcquire(int)、tryRelease(int) 方法，并用状态的值来表示重入次数，加锁或重入锁时状态加 1，释放锁时状态减 1，状态值等于 0 表示锁空闲。
• CountDownLatch，它是一个关卡，在条件满足前阻塞所有等待线程，条件满足后允许所有线程通过。内部类 Sync 把状态初始化为大于 0 的某个值，当状态大于 0 时所有wait线程阻塞，每调用一次 countDown 方法就把状态值减 1，减为 0 时允许所有线程通过。利用了AQS的共享模式。

4 AQS只有一个状态，那么如何表示多个读锁与单个写锁

ReentrantLock 里，状态值表示重入计数

• 现在如何在AQS里表示每个读锁、写锁的重入次数呢
• 如何实现读锁、写锁的公平性呢

一个状态是没法既表示读锁，又表示写锁的，那就辦成两份用了! 状态的高位部分表示读锁，低位表示写锁。由于写锁只有一个，所以写锁的重入计数也解决了，这也会导致写锁可重入的次数减小。

由于读锁可以同时有多个，肯定不能再用辦成两份用的方法来处理了。但我们有 ThreadLocal，可以把线程重入读锁的次数作为值存在 ThreadLocal。

对于公平性的实现，可以通过AQS的等待队列和它的抽象方法来控制。在状态值的另一半里存储当前持有读锁的线程数。

• 如果读线程申请读锁，当前写锁重入次数不为 0 时，则等待，否则可以马上分配
• 如果是写线程申请写锁，当前状态为 0 则可以马上分配，否则等待。