深入解析同步工具：读写锁与信号量

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2023-09-22 09:15:08

引言

在现代分布式系统中，并发编程已成为不可或缺的一部分。为了确保共享资源在并发访问下的正确性和一致性，需要采用适当的同步机制。读写锁和信号量是两种常用的同步工具，具有不同的特性和应用场景。本文将全面解析这两者的概念、实现原理和实践应用。

读写锁

读写锁是一种用于控制对共享资源读写访问的同步机制。它的主要特点是：

读-写分离： 允许多个线程同时进行读操作，但写操作是排他性的。
写优先： 当有写操作请求时，它将优先于读操作。

读写锁的实现通常基于以下机制：

读锁： 获取读锁后，线程可以读取共享资源，但不能写入。
写锁： 获取写锁后，线程可以独占写入共享资源，其他线程不能读取或写入。

信号量

信号量是一种用于控制对共享资源访问的同步机制，它的特点是：

计数机制： 通过一个计数器来限制对共享资源的访问数量。
阻塞/唤醒： 当计数器为 0 时，线程将阻塞，直到其他线程释放资源并唤醒它们。

信号量的实现通常基于以下机制：

获取信号量： 尝试获取信号量，如果计数器大于 0，则成功获取，否则阻塞。
释放信号量： 释放信号量，增加计数器，并唤醒任何被阻塞的线程。

应用场景

读写锁和信号量在不同的并发编程场景中具有不同的适用性：

读写锁： 适用于读操作远多于写操作的场景，例如缓存系统中的数据访问。
信号量： 适用于需要控制对共享资源访问数量的场景，例如限流系统中的并发请求控制。

示例代码

Java中的读写锁：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class ReadWriteLockDemo {

    private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
    private int sharedResource;

    public void read() {
        try {
            lock.readLock().lock();
            System.out.println("Reading shared resource: " + sharedResource);
        } finally {
            lock.readLock().unlock();
        }
    }

    public void write(int newValue) {
        try {
            lock.writeLock().lock();
            System.out.println("Writing shared resource: " + newValue);
            sharedResource = newValue;
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }
}

Java中的信号量：

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class SemaphoreDemo {

    private Semaphore semaphore = new Semaphore(10);

    public void accessResource() {
        try {
            semaphore.acquire();
            // Access the shared resource...
        } finally {
            semaphore.release();
        }
    }
}