高并发（十五）实现一个简单的读-写锁(共享-排他锁)

ゞ浴缸里的玫瑰 2022-05-16 01:17 56阅读 0赞

[https://blog.csdn.net/hupoling/article/details/54947818][https_blog.csdn.net_hupoling_article_details_54947818]

读写锁是数据库中很常见的锁，又叫共享-排他锁，S锁和X锁。读写锁在大量读少量写的情况下有很高的效率优势。

读写锁是基于普通的互斥锁构建出来的更复杂的锁，它有两个基本特点：

**1. 当任一线程持有读锁或写锁时，不允许其他线程再持有写锁**

**2. 当任一线程持有写锁时，不允许其他线程再持有读锁**

也就是说，写锁是排他的，只要有一个线程持有写锁，就不允许其他线程再上锁。读锁是共享的，可以有多个线程持有读锁，但不允许同时持有写锁。

**读锁和写锁还存在一个锁升级的问题**，比如一个线程先持有了读锁，想升级成写锁，这时候基本的读写锁不能支持锁升级，有可能造成死锁，需要更新锁的操作，后面会细说更新锁。这篇只涉及到如何实现一个基本的读-写锁。

首先是一个非公平的读-写锁实现。

1. 使用一个volatile boolean write标志位来表示是否有线程持有写锁

2. 使用一个volatile 计数器来记录持有读锁的个数

3. 使用两个条件来表示条件谓词： existReadCondition, existWriteCondition

4. 需要一个内部锁来进行线程的同步，这里使用非公平的显式锁ReentrantLock

5. 当有线程持有写锁时，设置write = true，让其他线程在existWriteCondition上等待

6. 当有线程持有读锁时，让需要获得写锁的线程在existReadCondition等待，需要读锁的线程可以获得读锁，并设置读锁计数器加1

7. 释放写锁时，需要唤醒在existWriteCondition上等待的线程

8. 释放读锁时，设置读锁计数器减1，当读锁计数器等于0时表示当前没有读锁存在，唤醒在existReadCondition条件等待的线程

9. 值得注意的是这个简单的读-写锁实现，在同一时刻，不管是读锁还是写锁都需要竞争内部锁，也就是说即使是多个读锁并发，同一时刻也只有一个线程能拿到内部锁，只是这个锁的持有时间很短，只设置一个计数器就释放了。

读写锁的接口如下：

**\[java\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  package com.zc.lock;  
2.    
3.    
4.  public interface ReadWriteLock \{  
5.        
6.      public Lock readLock();  
7.        
8.      public Lock writeLock();  
9.        
10. \}

非公平的读-写锁实现

**\[java\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  package com.zc.lock;  
2.    
3.  import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
4.    
5.  /\*\* 
6.   \* 读写锁的特点有两个： 
7.   \* 1. 当读锁和写锁上锁时，不允许有写者锁上锁 
8.   \* 2. 当写锁上锁时，不允许有读者锁和写者锁上锁 
9.   \* 也就是说写锁是排他锁，同时只能有一个写锁 
10.  \* 读锁是共享锁，可以有多个读锁存在 
11.  \* \*\*/  
12.   
13. public class SimpleReadWriteLock implements ReadWriteLock\{  
14.   
15.     private final java.util.concurrent.locks.Lock lock;  
16.       
17.     private final java.util.concurrent.locks.Condition existReadCondition;  
18.       
19.     private final java.util.concurrent.locks.Condition existWriteCondition;  
20.       
21.     private final Lock readLock;  
22.       
23.     private final Lock writeLock;  
24.       
25.     private volatile boolean write;  
26.       
27.     private volatile int readCount;  
28.       
29.     public SimpleReadWriteLock()\{  
30.         lock = new ReentrantLock();  
31.         readLock = new ReadLock();  
32.         writeLock = new WriteLock();  
33.         existReadCondition = lock.newCondition();  
34.         existWriteCondition = lock.newCondition();  
35.         write = false;  
36.         readCount = 0;  
37.     \}  
38.       
39.     private class ReadLock implements Lock\{  
40.   
41.         @Override  
42.         public void lock() \{  
43.             lock.lock();  
44.             try\{  
45.                 while(write)\{  
46.                     try \{  
47.                         existWriteCondition.await();  
48.                     \} catch (InterruptedException e) \{  
49.                         throw new RuntimeException("Interrupted");  
50.                     \}  
51.                 \}  
52.                 readCount ++;  
53.             \}finally\{  
54.                 lock.unlock();  
55.             \}  
56.         \}  
57.   
58.         @Override  
59.         public void unlock() \{  
60.             lock.lock();  
61.             try\{  
62.                 readCount --;  
63.                 if(readCount == 0)\{  
64.                     existReadCondition.signalAll();  
65.                 \}  
66.             \}finally\{  
67.                 lock.unlock();  
68.             \}  
69.         \}  
70.           
71.     \}  
72.       
73.     private class WriteLock implements Lock\{  
74.   
75.         @Override  
76.         public void lock() \{  
77.             lock.lock();  
78.             try\{  
79.                 while(readCount > 0)\{  
80.                     try \{  
81.                         existReadCondition.await();  
82.                     \} catch (InterruptedException e) \{  
83.                         throw new RuntimeException("Interrupted");  
84.                     \}  
85.                 \}  
86.                 while(write)\{  
87.                     try \{  
88.                         existWriteCondition.await();  
89.                     \} catch (InterruptedException e) \{  
90.                         throw new RuntimeException("Interrupted");  
91.                     \}  
92.                 \}  
93.                 write = true;  
94.             \}finally\{  
95.                 lock.unlock();  
96.             \}  
97.         \}  
98.   
99.         @Override  
100.         public void unlock() \{  
101.             lock.lock();  
102.             try\{  
103.                 write = false;  
104.                 existWriteCondition.signalAll();  
105.             \}finally\{  
106.                 lock.unlock();  
107.             \}  
108.         \}  
109.           
110.     \}  
111.       
112.     @Override  
113.     public Lock readLock() \{  
114.         return readLock;  
115.     \}  
116.   
117.     @Override  
118.     public Lock writeLock() \{  
119.         return writeLock;  
120.     \}  
121.   
122. \}

非公平的读-写锁在大量读存在的情况下有饥饿的问题，写锁在readCount > 0这个条件谓词下等待，也就是说一旦有读锁存在，写操作就要等待，而读操作一般都是远高于写操作的，并且没有先来先服务的公平性，后来的读操作很可能快于写操作获得锁。写锁有可能长时间的等待锁而不能获取锁。

下面实现一个公平的读-写锁：

1. 使用公平的显式锁作为内部锁，保证先来先服务的公平性

2. 使用一个readAccquired和readReleased计数器来记录获取读锁和释放读锁的线程个数

3. 当readAccquired == readReleased时表示读锁已经全部释放，可以获得写锁

4. 最大的改进在这里，获取写锁时分为两步，第一步当没有写锁存在时，就设置write标志为true表示要获取写锁。当write为true时，后来的读锁就一直等待existWriteConditiont条件释放，而不能增加readAccquire计数器。当之前已经获得的读锁都释放后，写锁获得锁。只有等待写锁释放后，后续的读锁才能继续操作。

它的改进主要是在readAccquired == readRelease 条件谓词等待，而不是readCount > 0条件谓词等待。readAccquired的数量即肯定小于readCount，而且只要之前没有写锁存在，就优先让写锁获取。能够保证写锁快速获得锁

**\[java\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  package com.zc.lock;  
2.    
3.  import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
4.    
5.  /\*\* 
6.   \* 公平的读写锁，优先让写锁能更快地获得锁，写锁尝试获得锁时，读锁会进入等待，让写锁先获得锁 
7.   \*  
8.   \* \*\*/  
9.  public class FairReadWriteLock implements ReadWriteLock\{  
10.   
11.     private final java.util.concurrent.locks.Lock lock;  
12.       
13.     private final java.util.concurrent.locks.Condition existReadCondition;  
14.       
15.     private final java.util.concurrent.locks.Condition existWriteCondition;  
16.       
17.     private final Lock readLock;  
18.       
19.     private final Lock writeLock;  
20.       
21.     private volatile boolean write;  
22.       
23.     private volatile int readAccquired;  
24.       
25.     private volatile int readReleased;  
26.       
27.     public FairReadWriteLock()\{  
28.         lock = new ReentrantLock(true);  
29.         existReadCondition = lock.newCondition();  
30.         existWriteCondition = lock.newCondition();  
31.         readLock = new ReadLock();  
32.         writeLock = new WriteLock();  
33.         write = false;  
34.         readAccquired = 0;  
35.         readReleased = 0;  
36.     \}  
37.       
38.       
39.     private class ReadLock implements Lock\{  
40.   
41.         @Override  
42.         public void lock() \{  
43.             lock.lock();  
44.             try\{  
45.                 while(write)\{  
46.                     try \{  
47.                         existWriteCondition.await();  
48.                     \} catch (InterruptedException e) \{  
49.                         throw new RuntimeException("Interrupted");  
50.                     \}  
51.                 \}  
52.                 readAccquired ++;  
53.             \}finally\{  
54.                 lock.unlock();  
55.             \}  
56.         \}  
57.   
58.         @Override  
59.         public void unlock() \{  
60.             lock.lock();  
61.             try\{  
62.                 readReleased ++;  
63.                 if(readReleased == readAccquired)\{  
64.                     existReadCondition.signalAll();  
65.                 \}  
66.             \}finally\{  
67.                 lock.unlock();  
68.             \}  
69.         \}  
70.           
71.     \}  
72.       
73.     private class WriteLock implements Lock\{  
74.   
75.         @Override  
76.         public void lock() \{  
77.             lock.lock();  
78.             try\{  
79.                 while(write)\{  
80.                     try \{  
81.                         existWriteCondition.await();  
82.                     \} catch (InterruptedException e) \{  
83.                         throw new RuntimeException("Interrupted");  
84.                     \}  
85.                 \}  
86.                 // 让新加入的读锁不能增加readAccquired  
87.                 write = true;  
88.                 while(readAccquired != readAccquired)\{  
89.                     try \{  
90.                         existReadCondition.await();  
91.                     \} catch (InterruptedException e) \{  
92.                         throw new RuntimeException("Interrupted");  
93.                     \}  
94.                 \}  
95.             \}finally\{  
96.                 lock.unlock();  
97.             \}  
98.         \}  
99.   
100.         @Override  
101.         public void unlock() \{  
102.             lock.lock();  
103.             try\{  
104.                 write = false;  
105.                 existWriteCondition.signalAll();  
106.             \}finally\{  
107.                 lock.unlock();  
108.             \}  
109.         \}  
110.           
111.     \}  
112.       
113.     @Override  
114.     public Lock readLock() \{  
115.         return readLock;  
116.     \}  
117.   
118.     @Override  
119.     public Lock writeLock() \{  
120.         return writeLock;  
121.     \}  
122.   
123. \}

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