在使用synchronize关键字修饰方法后，只允许一个线程进行访问，这个虽然有利于保证数据安全，却实际场景背道而驰的。实际中数据都是读取多，写入少，我们需要更粗细粒的并发锁。JVM concurrent.locks包给我们提供ReadWriteLock读写锁，内置两把锁，读锁、写锁，满足多个线程并发读取数据，写入时互斥所有线程，既保证了数据安全，又提升了响应量。
概念 读锁： 可以理解成共享锁，允许多个线程同时读取
写锁： 独占锁，有且只允许一个线程访问
读写互斥： 在获取写锁时，必须等待所有读锁全部释放，才能获取成功，读锁会堵塞写锁，写锁会堵塞所有的线程。
锁升级： 在使用读锁时，已经获取读锁线程在没有释放读锁的情况下，去获取写锁这就是锁升级。这是不被允许的，锁升级会造成死锁。

// 这个会造成死锁 ReadWriteLocklock = new ReentrantReadWriteLock(); lock.readLock().lock(); lock.writeLock().lock();

锁降级： 已经获取到写锁线程，被允许在没有释放锁的情况下去获取读锁的，值得注意读锁、写锁仍然需要单独释放。

//并不会造成死锁 ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(); lock.writeLock().lock(); lock.readLock().lock();

使用官方例子演示ReentrantReadWriteLock 使用场景，每次获取缓存时，先判断缓存是否已经失效了，如果失效了使用写锁更新缓存。

class CachedData { Object data; volatile boolean cacheValid; //缓存失效标记 final ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock(); void processCachedData() { rwl.readLock().lock(); if (!cacheValid) { // 必须释放了读锁才能去获取写锁，这样不会造成死锁 rwl.readLock().unlock(); rwl.writeLock().lock(); try { // 双重检查状态，因为在获取锁的可能被其他线程更新状态了 // 获取到写锁，更新缓存和状态 if (!cacheValid) { data = https://www.it610.com/article/... cacheValid = true; } // 通过在释放写锁之前获取读锁来降级 rwl.readLock().lock(); } finally { rwl.writeLock().unlock(); // Unlock write, still hold read } } try { use(data); } finally { rwl.readLock().unlock(); } } }

代码很少，但是非常有代表性，非常适合缓存这种读取多，更新少的场景。在每次读取缓存时，先开启读锁，检查缓存状况，需要更新缓存时。先释放读锁然后再去获取写锁，在更新前先判断缓存又没被其他线程更新过了，更新完数据后降级到读锁，再释放写锁，使用缓存释放读锁。
源码解析
这里源码分析只有简单讲解两个锁的获取、释放原理，看阅读源码之前，自备AQS的知识点。
ReentrantReadWriteLock是实现ReadWriteLock接口的实现类，内部使用AQS的int state来表示读写锁的状态

文章图片

如上图所示，两个锁的获取、释放都是同时使用int state来进行，使用低16位表示写锁获取次数、高16位表示读锁获取次数。使用内部类Sync 单独编写共享锁、独占锁的获取释放具体实现，再使用ReadLock、WriteLock分别调用共享锁、独占锁的方法。源码阅读先从Sync内部类开始。
内部属性

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { //读 写 锁分界点 static final int SHARED_SHIFT= 16; //读锁最小单位，刚好表示当前拥有一个读锁线程 static final int SHARED_UNIT= (1 << SHARED_SHIFT); // 支持最大读取次数 static final int MAX_COUNT= (1 << SHARED_SHIFT) - 1; //写锁掩码 static final int EXCLUSIVE_MASK = (1 << SHARED_SHIFT) - 1; /** 计算当前获取共享锁数量*/ static int sharedCount(int c){ return c >>> SHARED_SHIFT; } /** 计算当前获取独占锁数量*/ static int exclusiveCount(int c) { return c & EXCLUSIVE_MASK; } //主要用于保存每一个读锁线程的重入次数 static final class HoldCounter { //初始化对象，就将当前线程id赋值给tid int count = 0; //重入次数 // Use id, not reference, to avoid garbage retention final long tid = getThreadId(Thread.currentThread()); }/** *保存HoldCounter到每一个线程私有栈祯 */ static final class ThreadLocalHoldCounter extends ThreadLocal { public HoldCounter initialValue() {//实现初始化接口，每一次调用get()时，没有值就会调用初始化方法 return new HoldCounter(); } }/** *记录读锁重入次数 */ private transient ThreadLocalHoldCounter readHolds; /** *这个是上一个读锁HoldCounter 缓存 */ private transient HoldCounter cachedHoldCounter;

我这里认为读锁做一个共享锁在重入次数上，state不能准确表达出每一个线程到底重入了多少次，所以需要用到HoldCounter来记录每一个线程获取锁次数，在释放锁的时候，会看下如何使用的。
共享锁的获取和释放

protected final int tryAcquireShared(int unused) { Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); // 当独占锁不等于0，这时只有独占锁是自身的情况下才能获取到读锁 //两个条件都满足时，写锁获取到读锁锁降级 if (exclusiveCount(c) != 0 && getExclusiveOwnerThread() != current) return -1; int r = sharedCount(c); //持有共享锁数 if (!readerShouldBlock() && r < MAX_COUNT && //这里只对高位进行累加,设置成功就相当于获取锁成功了 compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) { if (r == 0) { //首次加锁firstReader 必须是读锁线程 firstReader = current; firstReaderHoldCount = 1; } else if (firstReader == current) { //重入 firstReaderHoldCount++; } else { //当前线程不是首个读锁持有者，要使用HoldCounter 记录重入 HoldCounter rh = cachedHoldCounter; //这是上一个线程缓存 if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) //这里会返回当前线程初始化值 也就是数量为空0 //将当前线程重入对象赋值给缓存 cachedHoldCounter = rh = readHolds.get(); else if (rh.count == 0) //第一次进入 readHolds.set(rh); rh.count++; } return 1; } // cas 竞争失败，完整版本共享锁获取 return fullTryAcquireShared(current); }

readerShouldBlock 是一个队列堵塞策略方法，用于区分公平锁和非公平锁的实现，当返回true时，会堵塞所有获取读锁线程。

final int fullTryAcquireShared(Thread current) { HoldCounter rh = null; for (; ; ) { //自旋获取锁，直到成功 int c = getState(); if (exclusiveCount(c) != 0) {//这时已经是写锁状态 if (getExclusiveOwnerThread() != current)//不是锁降级就退出循环 return -1; // else we hold the exclusive lock; blocking here // would cause deadlock. } else if (readerShouldBlock()) { //当返回true，则说明已经存在堵塞线程，这是要么自旋，要么失败 // Make sure we're not acquiring read lock reentrantly if (firstReader == current) { //重入获取读锁，这也是不行的 // assert firstReaderHoldCount > 0; } else { //判断线程栈祯是否还有重入，如果出现重入自旋等待 if (rh == null) { rh = cachedHoldCounter; if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) { rh = readHolds.get(); if (rh.count == 0) readHolds.remove(); } } if (rh.count == 0) //锁已经释放了，不能算是重入了，直接失败了 return -1; } } if (sharedCount(c) == MAX_COUNT) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); if (compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) { //高16位运算，获取共享锁成功 if (sharedCount(c) == 0) { // 下面代码跟上面基本一致，略过..... firstReader = current; firstReaderHoldCount = 1; } else if (firstReader == current) { firstReaderHoldCount++; } else { if (rh == null) rh = cachedHoldCounter; if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) rh = readHolds.get(); else if (rh.count == 0) readHolds.set(rh); rh.count++; cachedHoldCounter = rh; // cache for release } return 1; } } }

总结下： 当获取共享锁时，只有检测到独占锁时，获取锁方法会立即返回失败。
看下共享锁释放

protected final boolean tryReleaseShared(int unused) { Thread current = Thread.currentThread(); if (firstReader == current) { // assert firstReaderHoldCount > 0; if (firstReaderHoldCount == 1) //锁已经退出，归还缓存 firstReader = null; else firstReaderHoldCount--; } else { HoldCounter rh = cachedHoldCounter; if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) rh = readHolds.get(); int count = rh.count; if (count <= 1) { //当前锁没有重入，直接删除 readHolds.remove(); if (count <= 0) //多次释放锁 throw unmatchedUnlockException(); } --rh.count; } for (; ; ) { //自旋 锁数量减一 int c = getState(); int nextc = c - SHARED_UNIT; if (compareAndSetState(c, nextc)) // Releasing the read lock has no effect on readers, // but it may allow waiting writers to proceed if // both read and write locks are now free. return nextc == 0; //共享锁数据为0 } }

HoldCounter用于维护每一个线程释放锁数量，保证释放不会超过自身持有的数量。
独占锁获取和释放

protected final boolean tryRelease(int releases) { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); int nextc = getState() - releases; boolean free = exclusiveCount(nextc) == 0; if (free) setExclusiveOwnerThread(null); setState(nextc); return free; }protected final boolean tryAcquire(int acquires) { Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); int w = exclusiveCount(c); if (c != 0) { // c 不能等于0 ，当前仍然持有锁，有可能是独占锁或者是共享锁 // 如果独占锁为空0，则说明当前仍然有线程没有释放读锁，这个不满足写锁获取，直接失败 //w > 0 ,这是说明已经有线程获取独占锁了，这时必须是重入才会获取成功 if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread()) return false; if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); //这里是重入了 setState(c + acquires); return true; } //竞争获取锁 if (writerShouldBlock() || !compareAndSetState(c, c + acquires)) return false; setExclusiveOwnerThread(current); return true; }

writerShouldBlock：当返回true会堵塞获取锁的线程，用于区分公平锁和非公平锁实现。结合上面代码，当返回true时，不会去获取锁，直接失败了。
独占锁释放

protected final boolean tryRelease(int releases) { if (!isHeldExclusively())//持有独占锁线程不是当前线程 throw new IllegalMonitorStateException(); int nextc = getState() - releases; boolean free = exclusiveCount(nextc) == 0; if (free)//所有锁都被释放了，可以将独占锁线程致空 setExclusiveOwnerThread(null); setState(nextc); return free; }

公平锁和非公平锁 ReentrantReadWriteLock内部有两个锁可以选择，公平锁和非公平锁。通过构造参数进行选择,默认使用非公平锁。

public ReentrantReadWriteLock() { this(false); }public ReentrantReadWriteLock(boolean fair) { sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync(); readerLock = new ReadLock(this); writerLock = new WriteLock(this); }public ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock() { return writerLock; } public ReentrantReadWriteLock.ReadLockreadLock(){ return readerLock; }

非公平锁： 在获取读锁或者写锁时，获取锁的线程并不是顺序的，在堵塞队列中的线程可能长期等待，获取不到锁，而没有在堵塞队列中等待线程反而能快速获取到锁，这个会造成线程饥饿，但是会比公平锁有更高的吞吐量。
公平锁： 保证每一个等待最久线程最先获取到线程执行权，线程都会按照AQS堵塞顺序获取锁，这样有利于避免线程饥饿的产生，但是在在获取锁需要判断队列有一定性能损耗，所以吞吐量不如非公平高。
公平锁和非公平锁区别在在于writerShouldBlock 、readerShouldBlock 方法实现不同而已。
公平锁实现

static final class FairSync extends Sync { private static final long serialVersionUID = -2274990926593161451L; final boolean writerShouldBlock() { return hasQueuedPredecessors(); } final boolean readerShouldBlock() { return hasQueuedPredecessors(); } }

【ReentrantReadWriteLock源码解析】hasQueuedPredecessors： 返回true则说明AQS中存在堵塞线程，只有在出现写锁的时候，才会将获取锁线程放入队列中，所以readerShouldBlock在读锁获取时，会永远返回false。
非公平锁

static final class NonfairSync extends Sync { private static final long serialVersionUID = -8159625535654395037L; final boolean writerShouldBlock() { return false; // writers can always barge } final boolean readerShouldBlock() { // 只有堵塞队列第一个线程为非共享锁时才会返回true // 当队列前面已经出现写锁了，所有共享锁都不能和写锁竞争，放弃竞争 return apparentlyFirstQueuedIsExclusive(); } }

从上面代码知道，只有这两个方法返回true，都不能去竞争锁，公平锁的策略非常明显，只有堵塞队列有线程，就会放弃锁竞争。而非公平锁则是在写锁时，无论队列有无线程都会尝试竞争，写锁时只有队列最前面的线程为写锁时，才会放弃竞争，总的来说公平锁和非公平锁逻辑和ReentrantLock 逻辑基本一样。
tryLock 在读锁、写锁的对象中，都存在tryLock 方法，它跟lock方法有“亿点点”不同，虽然他们都是调用了内部Sync方法，但是在获取锁方法上，和上面分析tryAcquire、tryAcquireShared基本一致，唯独缺少了readerShouldBlock、writerShouldBlock使用。使用这个方法获取锁，无论公平锁还非公平锁，获取锁逻辑都一样。无论堵塞队列是否有线程，会直接竞争获取锁，在非公平锁中读锁会让步队列中第一个写锁，写锁优先级会高于读锁。但tryLock不存在，所有锁的竞争的公平的，快速的，可以理解这个方法在获取锁上会有更高的优先级(相比lock)。

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