【JUC】七、读写锁

ゝ一世哀愁。 2024-02-18 11:05 48阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  1、读写锁
 *  2、读写锁的体验
 *  3、读写锁的特点
 *  4、锁的演变
 *  5、读写锁的降级
 *  6、复习：悲观锁和乐观锁

## 1、读写锁 ##

JUC下的锁包的ReadWriteLock接口，以及其实现类ReentrantReadWriteLock

![在这里插入图片描述][6e4e09456b9a4197bc7716c6fe094807.png]

*  ReadWriteLock 维护了一对相关的锁，即**读锁**和**写锁**，使得并发和吞吐相比一般的排他锁有了很大提升
 *  **读锁属于共享锁**
 *  **写锁属于独占锁**
 *  相比前面的ReentrantLock适用于一般场合，ReadWriteLock 适用于读多写少的场景

关于ReadWriteLock接口的两个方法：

*  返回用于读的锁

Lock readLock()

*  返回用于写的锁

Lock writeLock()

## 2、读写锁的体验 ##

先看没有读写锁时，开多个线程对同一个资源进行读和写：

/资源类
    class MyCache{
        
    
        //map模拟redis
        private volatile Map<String,Object> map = new HashMap<>();
    
        //写
        public void put(String key,Object value){
        
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程正在进行写操作==>" + key);
            //暂停一会儿
            try {
        
                TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            //放数据
            map.put(key,value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程写完了==>" + key);
        }
    
        //取
        public Object get(String key){
        
            Object result = null;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程正在进行读操作-->" + key);
            //暂停一会儿
            try {
        
                TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            result = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程读完了-->" + key);
            return result;
        }
    }

创建5个线程来读，5个线程来写：

public class ReadWriteLockDemo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            MyCache myCache = new MyCache();
            //创建5个线程来写数据
            for (int i = 1; i < 6; i++) {
        
                final int num = i;  //临时变量，直接put一个变量i报错
                new Thread(() -> {
        
                    myCache.put(num +"",num+"");
                },String.valueOf(i)).start();
            }
            //创建5个线程来读数据
            for (int i = 1; i < 6; i++) {
        
                final int num = i;
                new Thread(() -> {
        
                    myCache.get(num +"");
                },String.valueOf(i)).start();
            }
        }
    
    }

运行发现：没写完就开始读，此时肯定读不到  
![在这里插入图片描述][aa2feb87734b4e26b170c1a8a5094a7c.png]

加入读锁和写锁：

//资源类
    class MyCache{
        
    
        //map模拟redis
        private volatile Map<String,Object> map = new HashMap<>();
    
        //创建读写锁的对象
        private ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
    
        //写
        public void put(String key,Object value){
        
            //添加写锁
            rwLock.writeLock().lock();
            try {
        
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程正在进行写操作==>" + key);
                //暂停一会儿，别瞬间写完
                TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
                //放数据
                map.put(key,value);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程写完了==>" + key);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            } finally {
        
                //释放写锁
                rwLock.writeLock().unlock();
            }
    
        }
    	//取
        public Object get(String key){
        
            //添加读锁
            rwLock.readLock().lock();
            Object result = null;
            try {
        
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程正在进行读操作-->" + key);
                //暂停一会儿,别读完太快，以证明读锁确实可以共享
                TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
                result = map.get(key);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程读完了-->" + key);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }finally {
        
                rwLock.readLock().unlock();
            }
            return result;
        }
    }

和上面一样，再执行main：创建5个线程来读，5个线程来写：

![在这里插入图片描述][857783100f68456abec9a0dd52dcb72e.png]

## 3、读写锁的特点 ##

*  读读共享：允许多个线程同时对同一个资源进行读，不用等前面的线程释放读锁，后面的线程就能获取到读锁，并执行加了读锁的代码
 *  读写互斥：一个线程获取了读锁，未释放前，不允许另一个线程同时来获取写锁进行写操作
 *  写写互斥：不允许多个线程对同一个资源进行写，必须等到前面线程释放写的锁，后面的线程才能获取到写锁并执行加了写锁的代码

写个demo开两个线程去获取读锁和写锁，调试验证下，这里两个线程都不释放自己获取到的读锁或者写锁：

public class ReadWriteDemo2 {
        
    
        public static void main(String[] args) {
        
    
            //可重入读写锁
            ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
            //读锁
            ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = rwLock.readLock();
            //写锁
            ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = rwLock.writeLock();
    
            //获取读锁
            readLock.lock();
            System.out.println("reading....");
    
            new Thread(() -> {
        
                //另一线程获取写锁
                writeLock.lock();
                System.out.println("write....");
            }).start();
    
            //释放写锁
            //writeLock.unlock();
    
            //释放读锁
            //readLock.unlock();
    
    
        }
    }

![在这里插入图片描述][bdafa6e5542b43b495f86a8393aced75.png]

前面线程先获取写锁，另一线程去获取读锁：

public class ReadWriteDemo2 {
        
    
        public static void main(String[] args) {
        
    
            //可重入读写锁
            ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
            //读锁
            ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = rwLock.readLock();
            //写锁
            ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = rwLock.writeLock();
    
            //获取写锁
            writeLock.lock();
            System.out.println("write....");
    
    
            new Thread(() -> {
        
                //另一线程获取读锁
                readLock.lock();
                System.out.println("reading....");
            }).start();
    
            //释放写锁
            //writeLock.unlock();
    
            //释放读锁
            //readLock.unlock();
    
    
        }
    }

![在这里插入图片描述][db76328ab49c454fa5cf1161cb93f5db.png]

同时获取读锁：

public class ReadWriteDemo2 {
        
    
        public static void main(String[] args) {
        
    
            //可重入读写锁
            ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
            //读锁
            ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = rwLock.readLock();
            //写锁
            ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = rwLock.writeLock();
    
            //获取读锁
            readLock.lock();
            System.out.println("reading....");
    
    
            new Thread(() -> {
        
                //另一线程也获取读锁
                readLock.lock();
                System.out.println("reading....");
            }).start();
    
            //释放写锁
            //writeLock.unlock();
    
            //释放读锁
            //readLock.unlock();
    
    
        }
    }

![在这里插入图片描述][db0309f100de4981a6276c87957f0b44.png]

同时获取写锁：

public class ReadWriteDemo2 {
        
    
        public static void main(String[] args) {
        
    
            //可重入读写锁
            ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
            //读锁
            ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = rwLock.readLock();
            //写锁
            ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = rwLock.writeLock();
    
            //获取写锁
            writeLock.lock();
            System.out.println("writing....");
    
    
            new Thread(() -> {
        
                //另一线程也获取读锁
                writeLock.lock();
                System.out.println("writing....");
            }).start();
    
            //释放写锁
            //writeLock.unlock();
    
            //释放读锁
            //readLock.unlock();
    
    
        }
    }

![在这里插入图片描述][20506e9833bf4ad0a8df2753e5f8f1bb.png]

## 4、锁的演变 ##

无锁 ⇒ 独占锁 ⇒ 读写锁

![在这里插入图片描述][9ad0e27d576047f0818686b5570820ff.png]

## 5、读写锁的降级 ##

> 前面提到，不同线程下，读读共享，读写互斥，写写互斥。

**而同一线程中，在持有写锁未解锁的情况下，可以获取读锁。按照如下步骤：**

![在这里插入图片描述][e7dc51f2882d4e89bc18d03e1c8c0a82.png]

**在同一个线程中，写锁就被过渡降级到了读锁，读写锁的降级，其目的是为了解决，持有写锁时，其他线程无法获得读锁，影响性能。**

public class ReadWriteDemo {
        
    
        public static void main(String[] args) {
        
    
            //可重入读写锁
            ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
            //读锁
            ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = rwLock.readLock();
            //写锁
            ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = rwLock.writeLock();
    
            //锁降级
            //1.获取写锁
            writeLock.lock();
            System.out.println("write....");
    
            //2.获取读锁
            readLock.lock();
            System.out.println("reading....");
    
            //3.释放写锁
            writeLock.unlock();
    
            //4.释放读锁
            readLock.unlock();
    
    
        }
    }

如果写锁被释放时，执行读锁的线程非常多，而需要执行写锁的线程非常少，则会导致读锁一直被使用不被释放，从而造成写线程无法获取写锁，造成写线程一直等待获取，**造成线程“饥饿”。这个就像某一站地铁，上来100个人，下1个人，结果车一停（类比锁一降级），100个人往进涌（类比其他线程可以获取读锁了），把地铁门堵到发车（好多线程，读锁半天没有全部释放完），导致这一个下车的人也愣是没下去（类比少数其他想获取写锁的线程半天获取不到，因为不同线程，读写互斥）。**

> 补充：

可能会有个疑问，既然释放写锁，干嘛非要手里纂一个读锁后才释放写锁，为何不：

持有写锁 -> 释放写锁 -> 持有读锁 -> 释放读锁

这样的坑在于，你释放完写锁，被另一线程T拿到并写了些数据，等你再拿到读锁时（不是你一释放写锁就一定能给自己拿到读锁，不同线程，读写互斥！），读到的已经是被修改了N手的数据。**降级是，你什么时候想要读锁，你就什么时候获取读锁（因为写锁在你手里，你主动的），而如果你先释放写锁，想再获取读锁，那就不是想要就能立马拿到的了。**

## 6、复习：悲观锁和乐观锁 ##

最后，梳理下其他相关的锁。

> 悲观锁

心态悲观，认为每次操作都会去修改数据，因此，**次次操作前都上锁，即共享资源每次只给一个线程使用**，其它线程阻塞，用完后再把资源转让给其它线程。如Java中的synchronized、ReentrantLock就属于悲观锁的范畴（独占锁）。

> 乐观锁

总是假设好的方向，即认为每次操作都不会修改数据，因此也不上锁，只是在更新时会去判断一下有没人在这期间更新过这个数据，这个"判断"，可以使用版本号机制或者CAS算法。版本号即多维护个字段：

# version=version+1
    # where xx=#{xx} and version=#{version}
    update table set x=x+1, version=version+1 where id=#{id} and version=#{version};

CAS算法，CAS 即compare and swap，比较与交换，是一种无锁算法，实现了不用锁的情况下进行多线程变量同步，也称**非阻塞同步**。其实现思路是一种自旋的思想，即不断的重试（这同时也是乐观锁的一个缺点，长时间不成功并重试CPU开销变大）。CAS算法的三个数：

*  需要读写的内存值 V
 *  进行比较的值 A
 *  拟写入的新值 B

当且仅当 V 的值等于 A时，CAS通过原子方式用新值B来更新V的值，否则不会执行任何操作（比较和替换是一个原子操作）。

> **ABA问题：**  
>   
> 如果一个变量V初次读取的时候是A值，并且在准备赋值的时候检查到它仍然是A值，那我们就能说明它的值没有被其他线程修改过了吗？很明显是不能的，因为在这段时间它的值可能被改为其他值，然后又改回A，那CAS操作就会误认为它从来没有被修改过。这个问题被称为CAS操作的 "ABA"问题。

根据悲观锁与乐观锁的特点，可以知道：

*  悲观锁适用于多写少读的场景
 *  乐观锁适用于多读少写的场景

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