并发编程 AQS 思想之ReentrantReadWriteLock 锁的实现原理解析（二十一）

系统管理员 2022-12-28 00:51 181阅读 0赞

今天分享并发编程 AQS 思想之ReentrantReadWriteLock 锁的实现解析：

***1、读写状态的设计***

读写锁同样依赖自定义同步器来实现同步功能，而读写状态就是其同步器的 同步状态。 回想 ReentrantLock  中自定义同步器的实现，同步状态表示锁被一个线程重 复获取的次数，而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 护多个读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。 如果在一个整型变量上维护多种状态，就一定需要“按位切割使用”这个变 量，读写锁将变量切分成了两个部分，高 16 位表示读，低  16  位表示写，读写锁 是如何迅速确定读和写各自的状态呢？ 答案是通过位运算。假设当前同步状态值为 S，写状态等于  S&0x0000FFFF （将高 16  位全部抹去），读状态等于  S>>>16 （无符号补  0  右移  16  位）。当写 状态增加1 时，等于 S+1 ，当读状态增加 1 时，等于 S+(1<<16) ，也就是 S+0x00010000 。 根据状态的划分能得出一个推论：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。

***2、写锁的获取与释放***

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。 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，原因在于：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的获取，那么正在运行的其他读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。 写锁的释放与 ReentrantLock  的释放过程基本类似，每次释放均减少写状态， 当写状态为 0  时表示写锁已被释放，从而等待的读写线程能够继续访问读写锁， 同时前次写线程的修改对后续读写线程可见。

***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 写线程访问（或者写状态为 0 ）时，读锁总会被成功地获取，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。读 状态是所有线程获取读锁次数的总和，而每个线程各自获取读锁的次数只能选择 保存在 ThreadLocal  中，由线程自身维护。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，可能有多个读线程 同时释放读锁）均减少读状态。

***4、锁的升降级***

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（当前拥有的）写锁，再获取到读锁，随后释放（先前拥 有的）写锁的过程。 RentrantReadWriteLock 不支持锁升级（把持读锁、获取写锁，最后释放读锁 的过程）。目的是保证数据可见性，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。