上回说到ReentrantLock，今天来谈谈读写锁(ReentrantLock)和其具体实现ReentrantReadWriteLock。看这篇文章前，强烈建议你回到先读懂ReentrantLock，因为ReentrantReadWriteLock其实是在ReentrantLock的基础上实现的，可以参考我之前的博客ReentrantLock源码解析
既然有了锁，为什么还需要读写锁？我们来想象下这个场景。你们小区楼下有个公告栏，有时候有人会写个招租，有时候有人会写个寻物启事…… 当然一个人正在改公告栏的时候，另外一个人就不能同时改了，这里就相当于有了一把无形的锁，我改的时候就把广告栏“锁住”，改完再“解锁”，当然别人锁住了之后我也改不了。说完了“写”再说“读”，一个人在读公告栏的时候，别人就不能去写了，这样不礼貌，这里也相当于读的人用一把“锁”把公告栏给锁了。
如果这里读者用的锁和写者用的锁是一样的，那么这把锁不紧不然别人写了，也不让别人读了，相当于一个人在看公告栏，别人就不能看了，这明显不合理啊。 所以要把读和写用的锁区分开来，所有读的人共享一把锁，写的人独享锁。放到公告栏的例子上，改公告的时候同时只有一个人可以看，但读的时候所有人可以同时读，这样就可以把“公告栏”这个资源的利用率最大化。
看到这里，你应该已经理解了什么叫做“读写锁”，接下来我们直接看下jdk中ReentrantReadWriteLock的实现，再次建议先阅读ReentrantLock的具体实现。
从类结构图看，貌似它比ReentrantLock更复杂写，多两个内部类 ReadLock 和 WriteLock，看着Lock提供的api完全一样，看来得从具体实现上来看其二者有什么样的差异了。
public ReentrantReadWriteLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
readerLock = new ReadLock(this);
writerLock = new WriteLock(this);
}
从ReentrantReadWriteLock的构造方法可以看出，它也支持公平锁和非公平锁，当然默认也是非公平锁。和ReentrantLock一样，加锁和解锁的实现逻辑都是在 Sync 里，所以我们重点看下Sync的实现，代码太多这里就不贴完整代码了，建议读者自行打开代码。
Sync
从Sync的类结构图来看，它还是相当复杂的，别急让我们来捋一捋，我们先从WriteLock看起(看起来会比较熟悉)，看下他的lock和release的具体实现。
@ReservedStackAccess
final boolean tryWriteLock() {
Thread current = Thread.currentThread(); // 1
int c = getState(); // 2
if (c != 0) { // 3
int w = exclusiveCount(c); // 4
if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread()) // 5
return false;
if (w == MAX_COUNT) //6. MAX_COUNT = 65535
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
}
if (!compareAndSetState(c, c + 1)) // 7
return false;
setExclusiveOwnerThread(current); // 8
return true;
}
如果你看过ReentrantLock的话，相信这段代码你已经完全能看懂了。这里我再大概说下这段代码的流程
- 获取到当前线程。
- 获取到锁对象的state值，state是保存了锁的状态。
- 如果state不为0，说明已经有线程加过锁了，这时候需要额外判断下，跳到4。 如果state为0，直接跳到 7。
- 获取到当前加写锁的次数，这里获取的是state的低16位。
- c已经不为0了，如果w不为0说明有线程加了写锁，如果加了写锁的线程也不是当前线程的，加锁就失败了。
- 这里需要额外判断下锁重入的次数，如果已经到65535就不能再加锁了，后续会解释为什么是65535。
- 执行CAS操作更改锁状态 state。
- 到这里说明加写锁已经成功了，把当前锁的持有者记录下来。
@ReservedStackAccess
final boolean tryReadLock() {
Thread current = Thread.currentThread(); // 1
for (;;) {
int c = getState(); // 2
if (exclusiveCount(c) != 0 &&
getExclusiveOwnerThread() != current) // 3
return false;
int r = sharedCount(c); // 4
if (r == MAX_COUNT) // 5
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
if (compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) { // 6
if (r == 0) {
firstReader = current;
firstReaderHoldCount = 1;
} else if (firstReader == current) {
firstReaderHoldCount++;
} else {
HoldCounter rh = cachedHoldCounter;
if (rh == null ||
rh.tid != LockSupport.getThreadId(current))
cachedHoldCounter = rh = readHolds.get();
else if (rh.count == 0)
readHolds.set(rh);
rh.count++;
}
return true;
}
}
}
读锁的加锁代码就完全不一样了，第一眼看到的不同就是这里有个大大的无限循环，我们还是来看下读锁的加锁过程。
- 获取当前线程。
- 获取锁的state状态值。
- 如果写锁的加锁次数不是0切写锁持有者不是当前线程，加读锁失败。
- 获取读锁的加锁次数，sharedCount(c)获取的是state的高16位。
- 如果读锁加锁次数达到65535，抛Error，和写锁一样，只能加65535次。
- 执行到这，说明可以加锁，使用CAS更新state成功后这里就开始记录一些读锁的状态信息，注意这里state增加值不是1，而是SHARED_UNIT(65536)。
看完readLock和writeLock的加锁方式就可以大体理解ReentrantReadWriteLock的实现了，原来它只是把ReentrantLock中的state分成两部分来用，高16位记录读锁状态，低16位记录写锁状态，如下图。
这也是为什么上文中加锁最大次数是65535的原因了，这也是而是SHARED_UNIT的值为65536的原因。
理解了加锁的代码，解锁部分也就好理解了，本质上是把加锁的代码反向执行下，代码如下。
@ReservedStackAccess
protected final boolean tryRelease(int releases) {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
int nextc = getState() - releases;
boolean free = exclusiveCount(nextc) == 0;
if (free)
setExclusiveOwnerThread(null);
setState(nextc);
return free;
}
@ReservedStackAccess
protected final boolean tryReleaseShared(int unused) {
Thread current = Thread.currentThread();
if (firstReader == current) {
// assert firstReaderHoldCount > 0;
if (firstReaderHoldCount == 1)
firstReader = null;
else
firstReaderHoldCount--;
} else {
HoldCounter rh = cachedHoldCounter;
if (rh == null ||
rh.tid != LockSupport.getThreadId(current))
rh = readHolds.get();
int count = rh.count;
if (count <= 1) {
readHolds.remove();
if (count <= 0)
throw unmatchedUnlockException();
}
--rh.count;
}
for (;;) {
int c = getState();
int nextc = c - SHARED_UNIT;
if (compareAndSetState(c, nextc))
// Releasing the read lock has no effect on readers,
// but it may allow waiting writers to proceed if
// both read and write locks are now free.
return nextc == 0;
}
}
Sync中还有一个ThreadLocalHoldCounter类，这个类的作用其实是记录每个线程对读锁的加锁测试，见名知意线程级的统计，代码也很简单，这里就不再贴了。
Sync中除了上文说到的几个加解锁的API，其余一些API就是获取Sync对象中各个状态的API，没什么好说的。
FairSync & NonfairSync
说完了抽象类Sync，我们来说下它的两个具体实现 FairSync 和 NonfairSync。 这两个实现类非常非常简单，只是重写了 writerShouldBlock() 和 readerShouldBlock() 方法而已，如果你已经知道什么是公平和非公平了，这地方也就很好理解了。
static final class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = -8159625535654395037L;
final boolean writerShouldBlock() {
// 写锁可以始终不被等待队列里的线程阻塞，只要当前锁是未锁定状态就可以加锁
return false;
}
final boolean readerShouldBlock() {
//这个方法判断队列的head.next是否正在等待写锁，这个方法确保读锁不应该让写锁始终等待，即便是非公平的，但写锁有更高的优先级，获取读锁还是得排队。
return apparentlyFirstQueuedIsExclusive();
}
}
// 公平锁就很好理解了，只要等待队列不为空，就得去排队
static final class FairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = -2274990926593161451L;
final boolean writerShouldBlock() {
return hasQueuedPredecessors();
}
final boolean readerShouldBlock() {
return hasQueuedPredecessors();
}
}
ReadLock & WriteLock
其实看完Sync里的逻辑，基本上ReadLock和WriteLock的实现逻辑我们已经知道了。ReadLock和WriteLock只是向用户提供里有些功能抽象(实现了Lock中的方法)，封装好了具体的实现，其实具体逻辑还是在Sync中实现。
从类继承关系来看，二者也只是简单
结论
了解完ReentrantReadWriteLock的实现后你就会发现，它其实和ReentrantLock一样，之前把ReentrantLock中的state切分成两部分用，高16位作为读锁的state，低16位作为写锁。如果把ReadLock和WriteLock拉出来单独看的话，二者都是一个ReentrantLock，只是不能像ReentrantLock那样重入那么多次而已。
ReentrantReadWriteLock的出现大幅提升了多读少写场景下的性能问题，但它依旧有自己的缺点，就是它可能会导致写饥饿。还是拿小区公告栏的例子，如果任意时刻都有人在看公告栏，你也不好打断人家所以你公告更新不了啊，所以想更新的人就得一直等着。
关注我，下次和大家一起看下 StampedLock 是如何解决饥饿问题的。
