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深入理解Java的并发读写锁

yc8881周前 (10-15)编程技术63

在多线程编程中，同步机制是确保数据一致性和避免竞态条件的关键。Java提供了多种同步工具来帮助开发者管理并发访问，其中ReentrantReadWriteLock（可重入读写锁）是一个非常强大的工具，特别适用于读操作远多于写操作的场景。本文将深入探讨ReentrantReadWriteLock的工作原理、使用方法及其适用场景。

1. 什么是读写锁？

读写锁是一种允许多个读操作同时进行，但只允许一个写操作独占资源的锁机制。其核心思想是：

读锁：允许多个线程同时获取，即多个读操作可以并发执行。
写锁：只能由一个线程独占，且在写锁被占用时，其他所有读写操作都会被阻塞。

这种设计非常适合读多写少的场景，因为读操作不会相互干扰，而写操作则需要排他性以保证数据的一致性。

2. `ReentrantReadWriteLock` 的基本概念

ReentrantReadWriteLock 是 Java 并发包 java.util.concurrent.locks 中的一个类，它实现了 ReadWriteLock 接口。ReentrantReadWriteLock 提供了两个内部类：ReadLock 和 WriteLock，分别用于获取读锁和写锁。

2.1 可重入性

ReentrantReadWriteLock 是可重入的，这意味着同一个线程可以多次获取同一个锁而不被阻塞。对于读锁，如果一个线程已经持有读锁，它可以再次获取读锁而不会被阻塞；对于写锁，如果一个线程已经持有写锁，它可以再次获取写锁而不会被阻塞。

2.2 公平性

ReentrantReadWriteLock 支持公平模式和非公平模式。在公平模式下，锁会按照请求的顺序来分配，而在非公平模式下，新来的请求可能会插队。默认情况下，ReentrantReadWriteLock 是非公平的。

3. 使用示例

下面是一个简单的示例，展示了如何使用 ReentrantReadWriteLock 来保护共享资源。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock; public class ReadWriteLockExample { private final ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(); private final ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = lock.readLock(); private final ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = lock.writeLock(); private int sharedData = 0; public void read() { readLock.lock(); try { System.out.println("Reading data: " + sharedData); // 读取操作 } finally { readLock.unlock(); } } public void write(int value) { writeLock.lock(); try { System.out.println("Writing data: " + value); sharedData = value; // 写入操作 } finally { writeLock.unlock(); } } public static void main(String[] args) { ReadWriteLockExample example = new ReadWriteLockExample(); // 读取线程 Thread reader1 = new Thread(() -> example.read()); Thread reader2 = new Thread(() -> example.read()); // 写入线程 Thread writer = new Thread(() -> example.write(42)); reader1.start(); reader2.start(); writer.start(); } }

3.1 代码解释

读操作：read 方法通过 readLock.lock() 获取读锁，并在读取完成后释放锁。
写操作：write 方法通过 writeLock.lock() 获取写锁，并在写入完成后释放锁。
主线程：启动了两个读取线程和一个写入线程。

4. 适用场景

ReentrantReadWriteLock 适用于以下场景：

读多写少：当系统中读操作远远多于写操作时，使用读写锁可以显著提高系统的并发性能。
数据一致性要求高：虽然读操作可以并发执行，但写操作必须独占资源，以确保数据的一致性。
缓存系统：在缓存系统中，通常有大量的读操作和少量的写操作，使用读写锁可以提高缓存的读取效率。

5. 注意事项

避免死锁：在使用读写锁时，要注意锁的顺序，避免出现死锁的情况。例如，如果一个线程先获取了读锁再尝试获取写锁，而另一个线程先获取了写锁再尝试获取读锁，就可能造成死锁。
合理选择公平性：公平模式虽然更加公平，但会降低系统的吞吐量。在大多数情况下，非公平模式是更好的选择。
异常处理：务必在 finally 块中释放锁，以防止因异常导致锁未被释放而引起的死锁问题。