Java中的ReentrantReadWriteLock

以下是关于Java中ReentrantReadWriteLock的全面解析，结合其设计原理、使用方式、适用场景及注意事项：

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🔧 ​​一、基本概念与核心特性​​

1. ​​读写锁定义​​

• ​​读锁（ReadLock）​​：允许多个线程同时持有，用于并发读取共享资源（读读共享）。
• ​​写锁（WriteLock）​​：独占锁，同一时刻仅允许一个线程持有，写入时阻塞所有读写操作（读写互斥、写写互斥）。

2. ​​核心特性​​

• ​​重入性​​：同一线程可重复获取同一把读锁或写锁；写锁可降级为读锁（先持写锁→再持读锁→释放写锁），但​​读锁不可升级为写锁​​（易死锁）。
• ​​公平性选择​​：构造时可选公平模式（new ReentrantReadWriteLock(true)）或非公平模式（默认）。公平锁按FIFO分配，避免饥饿；非公平锁吞吐量更高。
• ​​锁降级​​：写锁持有期间可获取读锁，再释放写锁，保证数据修改后其他线程无法立即修改（避免脏读）。

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💻 ​​二、使用方式与代码示例​​

1. ​​基础用法​​

import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class CacheSystem {
    private final Map<String, String> cache = new HashMap<>();
    private final ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
    private final Lock readLock = rwLock.readLock();
    private final Lock writeLock = rwLock.writeLock();

    // 读操作
    public String get(String key) {
        readLock.lock();
        try {
            return cache.get(key);
        } finally {
            readLock.unlock();
        }
    }

    // 写操作
    public void put(String key, String value) {
        writeLock.lock();
        try {
            cache.put(key, value);
        } finally {
            writeLock.unlock();
        }
    }
}

2. ​​锁降级示例​​

public void processData() {
    readLock.lock();
    if (!dataValid) { // 检查数据失效
        readLock.unlock(); // 必须先释放读锁
        writeLock.lock();  // 获取写锁
        try {
            if (!dataValid) { // 二次检查（避免重复更新）
                updateData(); // 更新数据
                dataValid = true;
            }
            readLock.lock(); // 写锁未释放时获取读锁（降级关键）
        } finally {
            writeLock.unlock(); // 释放写锁，保留读锁
        }
    }
    try {
        useData(); // 使用数据（仍持有读锁）
    } finally {
        readLock.unlock();
    }
}

​​关键点​​：锁降级确保数据更新后，其他线程无法修改数据，但可并发读取。

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⚙️ ​​三、内部实现原理​​

1. ​​AQS 状态管理​​

• 使用一个32位int（state）表示锁状态：
  • ​​高16位​​：读锁持有次数（如 state >>> 16）。
  • ​​低16位​​：写锁重入次数。
• ​​写锁获取​​：检查state是否为0（无锁）或当前线程已持有写锁（可重入）。
• ​​读锁获取​​：检查低16位（写锁状态），若为0则通过CAS增加高16位。

2. ​​互斥控制​​

• ​​写锁阻塞条件​​：当读锁被持有时，写锁请求需等待所有读锁释放。
• ​​读锁阻塞条件​​：当写锁被持有时，新读锁请求需等待写锁释放。

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⚖️ ​​四、优缺点分析​​

​​维度​​	​​优点​​	​​缺点​​
​​并发性能​​	读多写少场景下吞吐量高（无锁读并发）	写操作频繁时性能差（写锁阻塞所有读写）
​​数据一致性​​	写锁独占保证强一致性	读操作可能读到旧数据（弱一致性）
​​功能灵活性​​	支持锁降级、重入、公平性选择	不支持锁升级（读锁→写锁会死锁）
​​资源开销​​	读锁无竞争时开销低	状态维护复杂（AQS队列+CAS操作）

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🎯 ​​五、适用场景与替代方案​​

1. ​​理想场景​​

• ​​读多写少​​：如缓存系统（90%读+10%写）。
• ​​配置管理​​：全局配置高频读取，低频更新。
• ​​数据快照​​：需确保写入后不被立即覆盖（锁降级）。

2. ​​不适用场景​​

• ​​写操作频繁​​：写锁导致线程频繁阻塞，性能低于ReentrantLock。
• ​​强一致性需求​​：读锁不保证实时性，需改用StampedLock（乐观读）。

3. ​​替代方案对比​​

​​场景​​	​​推荐方案​​
​​读写均衡+低延迟​​	StampedLock（乐观读模式）
​​简单互斥​​	ReentrantLock 或 synchronized
​​高并发集合​​	ConcurrentHashMap

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💎 ​​总结​​

• ​​核心价值​​：通过读写分离最大化读并发性能，特别适合​​读多写少​​场景（如缓存、配置管理）。
• ​​最佳实践​​：
  • 优先用​​非公平锁​​（默认）提升吞吐量。
  • ​​锁降级​​用于确保数据修改后的安全读取。
  • 避免​​锁升级​​（先读后写需先释放读锁）。
  • 监控锁竞争情况（getQueueLength()）调整设计。
• ​​避坑指南​​：写操作应快速完成，避免长时间阻塞读操作；复杂同步逻辑可结合Condition（仅写锁支持）。

通过合理应用 ReentrantReadWriteLock，可在保证线程安全的前提下显著提升系统并发能力 🔥。建议结合源码（如Sync类）深入理解AQS的实现机制。