Java多线程系列-

发布时间:2017-5-30 13:46:33 编辑:www.fx114.net 分享查询网我要评论
本篇文章主要介绍了"Java多线程系列-",主要涉及到Java多线程系列-方面的内容,对于Java多线程系列-感兴趣的同学可以参考一下。

Java多线程系列--“JUC锁”08之 共享锁和ReentrantReadWriteLock

概要

Java的JUC(java.util.concurrent)包中的锁包括"独占锁"和"共享锁"。在“Java多线程系列--“JUC锁”02之 互斥锁ReentrantLock ”中,对Java的独占锁进行了说明。本章对Java的“共享锁”进行介绍,JUC中的共享锁有CountDownLatch, CyclicBarrier, Semaphore, ReentrantReadWriteLock等;本章会以ReentrantReadWriteLock为蓝本对共享锁进行说明。内容包括:
ReadWriteLock 和 ReentrantReadWriteLock介绍
ReadWriteLock 和 ReentrantReadWriteLock函数列表
ReentrantReadWriteLock数据结构
参考代码(基于JDK1.7.0_40)
  获取共享锁
  释放共享锁
  公平共享锁和非公平共享锁
ReentrantReadWriteLock示例

转载请注明出处:http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3505809.html

ReadWriteLock 和 ReentrantReadWriteLock介绍

ReadWriteLock,顾名思义,是读写锁。它维护了一对相关的锁 — — “读取锁”和“写入锁”,一个用于读取操作,另一个用于写入操作。
“读取锁”用于只读操作,它是“共享锁”,能同时被多个线程获取。
“写入锁”用于写入操作,它是“独占锁”,写入锁只能被一个线程锁获取。
注意:不能同时存在读取锁和写入锁!
ReadWriteLock是一个接口。ReentrantReadWriteLock是它的实现类,ReentrantReadWriteLock包括子类ReadLock和WriteLock。

ReadWriteLock 和 ReentrantReadWriteLock函数列表

ReadWriteLock函数列表

// 返回用于读取操作的锁。
Lock readLock()
// 返回用于写入操作的锁。
Lock writeLock()

ReentrantReadWriteLock函数列表

复制代码
// 创建一个新的 ReentrantReadWriteLock,默认是采用“非公平策略”。
ReentrantReadWriteLock()
// 创建一个新的 ReentrantReadWriteLock,fair是“公平策略”。fair为true,意味着公平策略;否则,意味着非公平策略。
ReentrantReadWriteLock(boolean fair)

// 返回当前拥有写入锁的线程,如果没有这样的线程,则返回 null。
protected Thread getOwner()
// 返回一个 collection,它包含可能正在等待获取读取锁的线程。
protected Collection<Thread> getQueuedReaderThreads()
// 返回一个 collection,它包含可能正在等待获取读取或写入锁的线程。
protected Collection<Thread> getQueuedThreads()
// 返回一个 collection,它包含可能正在等待获取写入锁的线程。
protected Collection<Thread> getQueuedWriterThreads()
// 返回等待获取读取或写入锁的线程估计数目。
int getQueueLength()
// 查询当前线程在此锁上保持的重入读取锁数量。
int getReadHoldCount()
// 查询为此锁保持的读取锁数量。
int getReadLockCount()
// 返回一个 collection,它包含可能正在等待与写入锁相关的给定条件的那些线程。
protected Collection<Thread> getWaitingThreads(Condition condition)
// 返回正等待与写入锁相关的给定条件的线程估计数目。
int getWaitQueueLength(Condition condition)
// 查询当前线程在此锁上保持的重入写入锁数量。
int getWriteHoldCount()
// 查询是否给定线程正在等待获取读取或写入锁。
boolean hasQueuedThread(Thread thread)
// 查询是否所有的线程正在等待获取读取或写入锁。
boolean hasQueuedThreads()
// 查询是否有些线程正在等待与写入锁有关的给定条件。
boolean hasWaiters(Condition condition)
// 如果此锁将公平性设置为 ture,则返回 true。
boolean isFair()
// 查询是否某个线程保持了写入锁。
boolean isWriteLocked()
// 查询当前线程是否保持了写入锁。
boolean isWriteLockedByCurrentThread()
// 返回用于读取操作的锁。
ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock()
// 返回用于写入操作的锁。
ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock()
复制代码

ReentrantReadWriteLock数据结构

ReentrantReadWriteLock的UML类图如下:

从中可以看出:

(01) ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。ReadWriteLock是一个读写锁的接口,提供了"获取读锁的readLock()函数" 和 "获取写锁的writeLock()函数"。
(02) ReentrantReadWriteLock中包含:sync对象,读锁readerLock和写锁writerLock。读锁ReadLock和写锁WriteLock都实现了Lock接口。读锁ReadLock和写锁WriteLock中也都分别包含了"Sync对象",它们的Sync对象和ReentrantReadWriteLock的Sync对象 是一样的,就是通过sync,读锁和写锁实现了对同一个对象的访问。
(03) 和"ReentrantLock"一样,sync是Sync类型;而且,Sync也是一个继承于AQS的抽象类。Sync也包括"公平锁"FairSync和"非公平锁"NonfairSync。sync对象是"FairSync"和"NonfairSync"中的一个,默认是"NonfairSync"。

参考代码(基于JDK1.7.0_40)

ReentrantReadWriteLock的完整源码

 View Code

AQS的完整源码

 View Code

其中,共享锁源码相关的代码如下:

复制代码
public static class ReadLock implements Lock, java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = -5992448646407690164L;
    // ReentrantReadWriteLock的AQS对象
    private final Sync sync;

    protected ReadLock(ReentrantReadWriteLock lock) {
        sync = lock.sync;
    }

    // 获取“共享锁”
    public void lock() {
        sync.acquireShared(1);
    }

    // 如果线程是中断状态,则抛出一场,否则尝试获取共享锁。
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }

    // 尝试获取“共享锁”
    public  boolean tryLock() {
        return sync.tryReadLock();
    }

    // 在指定时间内,尝试获取“共享锁”
    public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
    }

    // 释放“共享锁”
    public  void unlock() {
        sync.releaseShared(1);
    }

    // 新建条件
    public Condition newCondition() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    public String toString() {
        int r = sync.getReadLockCount();
        return super.toString() +
            "[Read locks = " + r + "]";
    }
}
复制代码

说明
ReadLock中的sync是一个Sync对象,Sync继承于AQS类,即Sync就是一个锁。ReentrantReadWriteLock中也有一个Sync对象,而且ReadLock中的sync和ReentrantReadWriteLock中的sync是对应关系。即ReentrantReadWriteLock和ReadLock共享同一个AQS对象,共享同一把锁。
ReentrantReadWriteLock中Sync的定义如下:

final Sync sync;

下面,分别从“获取共享锁”和“释放共享锁”两个方面对共享锁进行说明。

获取共享锁

获取共享锁的思想(即lock函数的步骤),是先通过tryAcquireShared()尝试获取共享锁。尝试成功的话,则直接返回;尝试失败的话,则通过doAcquireShared()不断的循环并尝试获取锁,若有需要,则阻塞等待。doAcquireShared()在循环中每次尝试获取锁时,都是通过tryAcquireShared()来进行尝试的。下面看看“获取共享锁”的详细流程。

1. lock()

lock()在ReadLock中,源码如下:

public void lock() {
    sync.acquireShared(1);
}

2. acquireShared()

Sync继承于AQS,acquireShared()定义在AQS中。源码如下:

public final void acquireShared(int arg) {
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireShared(arg);
}

说明:acquireShared()首先会通过tryAcquireShared()来尝试获取锁。
尝试成功的话,则不再做任何动作(因为已经成功获取到锁了)。
尝试失败的话,则通过doAcquireShared()来获取锁。doAcquireShared()会获取到锁了才返回。

3. tryAcquireShared()

tryAcquireShared()定义在ReentrantReadWriteLock.java的Sync中,源码如下:

复制代码
protected final int tryAcquireShared(int unused) {
    Thread current = Thread.currentThread();
    // 获取“锁”的状态
    int c = getState();
    // 如果“锁”是“互斥锁”,并且获取锁的线程不是current线程;则返回-1。
    if (exclusiveCount(c) != 0 &&
        getExclusiveOwnerThread() != current)
        return -1;
    // 获取“读取锁”的共享计数
    int r = sharedCount(c);
    // 如果“不需要阻塞等待”,并且“读取锁”的共享计数小于MAX_COUNT;
    // 则通过CAS函数更新“锁的状态”,将“读取锁”的共享计数+1。
    if (!readerShouldBlock() &&
        r < MAX_COUNT &&
        compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {
        // 第1次获取“读取锁”。
        if (r == 0) { 
            firstReader = current;
            firstReaderHoldCount = 1;
        // 如果想要获取锁的线程(current)是第1个获取锁(firstReader)的线程
        } else if (firstReader == current) { 
            firstReaderHoldCount++;
        } else {
            // HoldCounter是用来统计该线程获取“读取锁”的次数。
            HoldCounter rh = cachedHoldCounter;
            if (rh == null || rh.tid != current.getId())
                cachedHoldCounter = rh = readHolds.get();
            else if (rh.count == 0)
                readHolds.set(rh);
            // 将该线程获取“读取锁”的次数+1。
            rh.count++;
        }
        return 1;
    }
    return fullTryAcquireShared(current);
}
复制代码

说明:tryAcquireShared()的作用是尝试获取“共享锁”。
如果在尝试获取锁时,“不需要阻塞等待”并且“读取锁的共享计数小于MAX_COUNT”,则直接通过CAS函数更新“读取锁的共享计数”,以及将“当前线程获取读取锁的次数+1”。
否则,通过fullTryAcquireShared()获取读取锁。

4. fullTryAcquireShared()

fullTryAcquireShared()在ReentrantReadWriteLock中定义,源码如下:

复制代码
final int fullTryAcquireShared(Thread current) {
    HoldCounter rh = null;
    for (;;) {
        // 获取“锁”的状态
        int c = getState();
        // 如果“锁”是“互斥锁”,并且获取锁的线程不是current线程;则返回-1。
        if (exclusiveCount(c) != 0) {
            if (getExclusiveOwnerThread() != current)
                return -1;
        // 如果“需要阻塞等待”。
        // (01) 当“需要阻塞等待”的线程是第1个获取锁的线程的话,则继续往下执行。
        // (02) 当“需要阻塞等待”的线程获取锁的次数=0时,则返回-1。
        } else if (readerShouldBlock()) {
            // 如果想要获取锁的线程(current)是第1个获取锁(firstReader)的线程
            if (firstReader == current) {
            } else {
                if (rh == null) {
                    rh = cachedHoldCounter;
                    if (rh == null || rh.tid != current.getId()) {
                        rh = readHolds.get();
                        if (rh.count == 0)
                            readHolds.remove();
                    }
                }
                // 如果当前线程获取锁的计数=0,则返回-1。
                if (rh.count == 0)
                    return -1;
            }
        }
        // 如果“不需要阻塞等待”,则获取“读取锁”的共享统计数;
        // 如果共享统计数超过MAX_COUNT,则抛出异常。
        if (sharedCount(c) == MAX_COUNT)
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        // 将线程获取“读取锁”的次数+1。
        if (compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {
            // 如果是第1次获取“读取锁”,则更新firstReader和firstReaderHoldCount。
            if (sharedCount(c) == 0) {
                firstReader = current;
                firstReaderHoldCount = 1;
            // 如果想要获取锁的线程(current)是第1个获取锁(firstReader)的线程,
            // 则将firstReaderHoldCount+1。
            } else if (firstReader == current) {
                firstReaderHoldCount++;
            } else {
                if (rh == null)
                    rh = cachedHoldCounter;
                if (rh == null || rh.tid != current.getId())
                    rh = readHolds.get();
                else if (rh.count == 0)
                    readHolds.set(rh);
                // 更新线程的获取“读取锁”的共享计数
                rh.count++;
                cachedHoldCounter = rh; // cache for release
            }

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