揭秘 AQS 读写锁 ReentrantReadWriteLock 的读写状态存储方式
2022-12-17 13:51:28
ReentrantReadWriteLock 读写锁：揭秘读写状态的存储方式
在并发编程的世界中，ReentrantReadWriteLock（可重入读写锁）扮演着重要的角色。它允许多个线程同时读取共享数据，同时仅允许一个线程写入共享数据。要实现这种读写控制，ReentrantReadWriteLock 采用了巧妙的机制来存储其读写状态。让我们深入了解它的工作原理。
读写状态的巧妙存储
ReentrantReadWriteLock 将其读写状态存储在两个整型变量中：state 和 readers 。
state 变量包含锁的整体状态，它是一个 32 位的整型，由以下字段组成：
- count ：当前正在写入共享数据的线程数
- writer ：当前正在等待写入共享数据的线程数
- readers ：当前正在读取共享数据的线程数
- fair ：指示锁是否是公平锁
readers 变量存储当前正在读取共享数据的线程数，它也是一个 32 位的整型，包含以下字段：
- count ：当前正在读取共享数据的线程数
- writer ：当前正在等待读取共享数据的线程数
- fair ：指示锁是否是公平锁
通过利用整型变量的位运算特性，ReentrantReadWriteLock 将锁的整体状态和读写状态巧妙地存储在同一个变量中。这种存储方式不仅节省了空间，还提高了锁的性能。
优势与应用
ReentrantReadWriteLock 的读写状态存储方式提供了以下优势：
- 节省空间 ：只需要 64 位空间，大大节省了内存。
- 性能优化 ：利用位运算快速获取锁的状态，提高性能。
- 易于理解 ：直观且易于理解，便于开发人员使用。
这种存储方式广泛应用于并发编程中，特别是在以下场景：
- 读多写少 ：允许多个线程同时读取，显著提高并发性能。
- 写多读少 ：保证写操作的顺序性。
- 读写混合 ：根据请求类型调整读写策略，优化并发性能。
代码示例
以下是使用 ReentrantReadWriteLock 读写锁的 Java 代码示例：
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
public class ReadWriteLockDemo {
private static ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
private static int count = 0;
public static void main(String[] args) {
Thread[] readers = new Thread[10];
Thread writer = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
lock.writeLock().lock();
count++;
lock.writeLock().unlock();
}
});
for (int i = 0; i < 10; i++) {
readers[i] = new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 10; j++) {
lock.readLock().lock();
System.out.println("Read count: " + count);
lock.readLock().unlock();
}
});
}
writer.start();
for (Thread reader : readers) {
reader.start();
}
}
}
在示例中，writer 线程负责写入 count 变量，而 reader 线程负责读取 count 变量。读写锁确保多个 reader 线程可以同时读取 count，而只有一个 writer 线程可以同时写入 count。
常见问题解答
-
ReentrantReadWriteLock 如何防止饥饿？
ReentrantReadWriteLock 实现了公平策略，以防止低优先级的线程永远无法获得锁。 -
读写锁和普通锁有什么区别？
读写锁允许多个线程同时读取共享数据，而普通锁一次只允许一个线程访问共享数据。 -
为什么 ReentrantReadWriteLock 使用两个整型变量来存储状态？
利用整型变量的位运算特性可以节省空间并提高性能。 -
ReentrantReadWriteLock 是否适合所有并发场景？
不，ReentrantReadWriteLock 最适合读多写少的场景，在写多读少的场景中可能不是最佳选择。 -
如何避免在使用 ReentrantReadWriteLock 时发生死锁？
遵循锁的获取顺序并使用 try-finally 块来释放锁，以避免死锁。
结论
ReentrantReadWriteLock 的读写状态存储方式是一个巧妙的设计，它节省了空间、提高了性能，而且易于理解。通过利用整型变量的位运算特性，它实现了高效的并发控制。了解其读写状态的存储方式对于有效利用 ReentrantReadWriteLock 至关重要，从而构建高性能且可扩展的并发应用程序。
