读写锁

1.什么是读写锁

读写锁在同一时刻可以允许多个读线程访问，但是在写线程访问时，所有的读线程和其他写线程均被阻塞。
读写锁维护了一对锁，一个读锁和一个写锁，通过分离读锁和写锁，使得并发性相比一般的排他锁有了很大提升。
Java并发包提供读写锁的实现是ReentrantReadWriteLock。
ReentrantReadWriteLock的特性：

• 公平性选择：支持非公平（默认）和公平的锁获取方式，吞吐量还是非公平优于公平。
• 重进入：该锁支持重进入，以读写线程为例：该线程在获取了读锁之后，能够再次获取读锁。而写线程在获取了写锁之后能够再次获取写锁，同时也可以获取读锁。
• 锁降级：遵循获取写锁、获取读锁再释放写锁的次序，写锁能够降级成为读锁。

2.读写锁的实现分析

ReentrantReadWriteLock的实现，包括：读写状态的设计、写锁的获取与释放、读锁的获取与释放以及锁降级。

2.1读写状态的设计

读写锁的自定义同步器需要在同步状态（一个整型变量上）维护多个线程和一个写线程的状态，使得该状态的设计成为读写锁实现的关键。

2.2写锁的获取与释放

写锁是一个支持重进入的排他锁。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（该状态不为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。

protected final boolean tryAcquire(int acquires){
	Thread current = Thread.currentThread();
	int c = getState();
	int w = exclusiveCount(c);
	if(c!=0){
		//存在读锁或者当前获取线程不是已经获取写锁的线程
		if(w==0||current!=getExclusiveOwnerThread()){
			return false;
		}
		if(w+exclusiveCount(acquires)>MAX_COUNT){
			throw new Error("Maximum lock count exceeded");
		}
		setState(c+acquires);
		return true;
	}
	if(writerShouldBlock()||!compareAndSetState(c,c+acquires)){
	return false;
	}
	setExclusiveOwnerThread(current);
	return true;
}

该方法除了重入条件（当前线程为获取了写锁的线程）之外，增加了一个读锁是否存在的判断。如果存在读锁，则写锁不能被获取。
原因：读写锁要确保写锁的操作对读锁可见，如果允许读锁在已被获取的情况下对写锁获取，那么正在运行的其他线程就无法感知到当前写线程的操作。因此只有等待其他读线程都释放了读锁，写锁才能被当前线程获取，而写锁一旦被获取，则其他读写线程的后续访问均被阻塞。

2.3读锁的获取与释放

读锁是一个支持重进入的共享锁，它能够被多个线程同时获取，在没有其他线程访问（或者写状态为0)，读锁总会成功地获取，而所做的也只是（线程安全的）增加读状态。如果当前线程已经获取了读锁，则增加读状态。如果当前线程在获取读锁时，写锁已被其他线程获取，则进入等待状态。
Java5到Java6，新增了getReadHoldCount()方法，作用是返回当前线程获取读锁的次数。
该状态是所有线程获取读锁的次数的总和，而每个线程各自获取读锁的次数只能保存在ThreadLocal中，由线程自身维护，这使获取读锁的实现变得复杂。

protected final int tryAcquireShared(int unused){
	for(;;){
		int c = getState();
		int nextc = c + (1<<16);
		if(nextc<c){
			throw new Error("Maximum lock count exceeded");
		}
		if(exclusiveCount(c)!=0&&owner !=Thread.currentThread()){
			return -1;
		}
		if(compareAndSetState(c,nextc){
			return 1;
		}
	}
}

在tryAcquireShared(int unused)方法中，如果其他线程已经获取了写锁，则当前线程获取读锁失败，进入等待状态。如果当前线程获取了写锁或者写锁未被获取，则当前线程（线程安全，依靠CAS保证）增加读状态，成功获取读锁。
读锁的每次释放（线程安全的，可能有多个线程同时释放读锁）均减少读状态，减少的值是（1<<16）。

2.4锁降级

锁降级指的是写锁降级成为读锁。如果当前线程拥有写锁，然后将其释放，最后再获取读锁，这种分段完成的过程不能称之为锁降级。锁降级是指把持住的写锁，再获取到读锁，随后释放写锁的过程。

public void processData(){
	readLock.lock();
	if(!update){
		//必须先释放读锁
		readLock.unlock();
		try{
			if(!update){
				//准备数据的流程
				update = true;
			}
			readLock.lock();
		}finally{
			writeLock.unlock();
		}
		//锁降级完成，写锁降级为读锁
	}
	try{
		//使用数据的流程
	}finally{
		readLock.unlock();
	}
}

锁降级主要是为了保证数据的可见性，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。
ReentrantReadWriteLock不支持锁升级（持有读锁，获取写锁，最后释放读锁的过程）目的是为了保证数据的可见性，如果读锁被多个线程获取，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。