通俗易懂读写锁ReentrantReadWriteLock的使用

开发 前端
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。

​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:

图片

  • 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:

图片

  • 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。

图片

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。

总结

本文讲解了ReentrantReadWriteLock读写锁常用的API, 以及通过几个demo的演示,讲解了读写锁的使用,希望对大家有帮助。

责任编辑:武晓燕 来源: JAVA旭阳
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