剖析 Java 并发编程利器：ReentrantReadWriteLock

2023-12-18 04:13:42

在 Java 并发编程的浩瀚海洋中，锁扮演着不可或缺的角色。ReentrantLock 作为独占锁的代表，在上篇文章中已悉数登场。今天，我们将聚焦另一个强大的锁机制——ReentrantReadWriteLock，它同时具备独占锁和共享锁的特性，为我们提供了更加精细化的并发控制能力。

理解 ReentrantReadWriteLock 的双重性

ReentrantReadWriteLock 的精髓在于其双重性，它既可以作为共享锁，又可以作为独占锁。共享锁允许多个线程同时访问共享资源，而独占锁则保证同一时刻仅有一个线程可以访问。这种灵活的特性使其在不同的并发场景中都能大放异彩。

当多个线程需要同时读取共享资源时，使用共享锁可以有效提高性能。因为线程之间不存在竞争关系，它们可以并行读取，从而最大化资源利用率。而当需要对共享资源进行修改时，独占锁就会粉墨登场，它会将其他线程阻挡在资源之外，确保修改的原子性和一致性。

ReentrantReadWriteLock 的结构与机制

ReentrantReadWriteLock 的内部结构基于 AQS（AbstractQueuedSynchronizer），它提供了可重入锁的基本实现。ReentrantReadWriteLock 中有两个私有成员变量：读锁计数（readHoldCount）和写锁计数（writeHoldCount）。

当一个线程获取读锁时，readHoldCount 会加 1；释放读锁时，readHoldCount 会减 1。当一个线程获取写锁时，writeHoldCount 会加 1，同时 readHoldCount 会被置为 0，以防止其他线程获取读锁。释放写锁时，writeHoldCount 和 readHoldCount 都会被置为 0。

通过这种巧妙的机制，ReentrantReadWriteLock 实现了共享锁和独占锁的相互排斥，确保了并发访问的安全性。

ReentrantReadWriteLock 的使用场景

ReentrantReadWriteLock 适用于需要精细化并发控制的场景。例如，当一个资源需要频繁读取，偶尔修改时，使用共享锁和独占锁相结合的方式可以大幅提升并发效率。

另一个典型的场景是读写分离。当读操作远多于写操作时，可以将读操作分配给多个线程并行进行，而将写操作分配给一个单独的线程独占执行。ReentrantReadWriteLock 能够很好地支持这种模式，提供高效且安全的并发控制。

示例代码：读写分离

import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class ReadWriteDemo {

    private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
    private int value = 0;

    public void read() {
        lock.readLock().lock();
        try {
            System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is reading value " + value);
        } finally {
            lock.readLock().unlock();
        }
    }

    public void write() {
        lock.writeLock().lock();
        try {
            System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is writing value " + ++value);
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ReadWriteDemo demo = new ReadWriteDemo();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> demo.read()).start();
        }

        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            new Thread(() -> demo.write()).start();
        }
    }
}