AQS之ReentrantReadWriteLock

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于 2023-12-28 01:14:26 首次发布

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本文详细介绍了AQS中的ReentrantReadWriteLock，包括其适用场景、锁降级机制如何确保数据可见性，以及读写状态的设计和获取释放过程。重点强调了公平与非公平策略在读写锁中的应用。

AQS之ReentrantReadWriteLock

一. 归纳总结

ReentrantReadWriteLock适合读多写少的场景。是可重入的读写锁实现类。其中, 写锁是独占的，读锁是共享的。
支持锁降级（持有写锁、获取读锁，最后释放写锁的过程）

锁降级可以帮助我们拿到当前线程修改后的结果而不被其他线程所破坏，防止更新丢失。
可以保证数据的可见性，如果当前线程不获取读锁而是直接释放写锁，假设此刻另一个线程（记作线程T）获取了写锁并修改了数据，那么当前线程无法感知线程T的数据更新。如果当前线程获取读锁，即遵循锁降级的步骤，则线程T将会被阻塞，直到当前线程使用数据并释放读锁之后，线程T才能获取写锁进行数据更新。

不支持锁升级（持有读锁、获取写锁，最后释放读锁的过程）
目的也是保证数据可见性，如果读锁已被多个线程获取，其中任意线程成功获取了写锁并更新了数据，则其更新对其他获取到读锁的线程是不可见的。

二.读写状态的设计

读写锁对于同步状态的实现是在一个整形变量上通过“按位切割使用”：将变量切割成两部分，高16位表示读，低16位表示写。
在这里插入图片描述
假设当前同步状态值为S，get和set的操作如下：

1、获取写状态：

S&0x0000FFFF:将高16位全部抹去

2、获取读状态：

S>>>16:无符号补0，右移16位

3、写状态加1：

S+1

4、读状态加1：

S+（1<<16）即S + 0x00010000

在代码层面的判断中，同步状态S不等于0时，当写状态（S&0x0000FFFF）等于0时，则读状态（S>>>16）大于0，即读锁已被获取。

三.写锁的获取与释放

3.1 写锁的获取

写锁是一个支持重进入的排它锁。如果当前线程已经获取了写锁，则增加写状态。如果当前线程在获取写锁时，读锁已经被获取（读状态不为0）或者该线程不是已经获取写锁的线程，则当前线程进入等待状态。
写锁的获取是通过重写AQS中的tryAcquire方法实现的。

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    //当前线程
    Thread current = Thread.currentThread();
    //获取state状态   存在读锁或者写锁，状态就不为0
    int c = getState();
    //获取写锁的重入数
    int w = exclusiveCount(c);
    //当前同步状态state != 0，说明已经有其他线程获取了读锁或写锁
    if (c != 0) {
        // c!=0 && w==0 表示存在读锁
        // 当前存在读锁或者写锁已经被其他写线程获取，则写锁获取失败
        if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread())
            return false;
        // 超出最大范围  65535
        if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT)
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        //同步state状态
        setState(c + acquires);
        return true;
    }
    // writerShouldBlock有公平与非公平的实现, 非公平返回false，会尝试通过cas加锁
    //c==0 写锁未被任何线程获取，当前线程是否阻塞或者cas尝试获取锁 
    if (writerShouldBlock() ||
        !compareAndSetState(c, c + acquires))
        return false;

    //设置写锁为当前线程所有
    setExclusiveOwnerThread(current);
    return true;

源码分析：

读写互斥
写写互斥
写锁支持同一个线程重入
writerShouldBlock写锁是否阻塞实现取决公平与非公平的策略（FairSync和NonfairSync）

3.2 读锁的获取

实现共享式同步组件的同步语义需要通过重写AQS的tryAcquireShared方法和tryReleaseShared方法。读锁的获取实现方法为：

protected final int tryAcquireShared(int unused) {
    Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    // 如果写锁已经被获取并且获取写锁的线程不是当前线程，当前线程获取读锁失败返回-1   判断锁降级
    if (exclusiveCount(c) != 0 &&
        getExclusiveOwnerThread() != current)
        return -1;
    //计算出读锁的数量
    int r = sharedCount(c);
    /**
    * 读锁是否阻塞    readerShouldBlock()公平与非公平的实现
    * r < MAX_COUNT： 持有读锁的线程小于最大数（65535）
    *  compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT) cas设置获取读锁线程的数量
    */
    if (!readerShouldBlock() &&
        r < MAX_COUNT &&
        compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {   //当前线程获取读锁
        
        if (r == 0) {  //设置第一个获取读锁的线程
            firstReader = current; 
            firstReaderHoldCount = 1;  //设置第一个获取读锁线程的重入数
        } else if (firstReader == current) { // 表示第一个获取读锁的线程重入
            firstReaderHoldCount++;
        } else { // 非第一个获取读锁的线程
            HoldCounter rh = cachedHoldCounter;
            if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current))
                cachedHoldCounter = rh = readHolds.get();
            else if (rh.count == 0)
                readHolds.set(rh);
            rh.count++;  //记录其他获取读锁的线程的重入次数
        }
        return 1;
    }
    // 尝试通过自旋的方式获取读锁,实现了重入逻辑
    return fullTryAcquireShared(current);