并发王者课 - 铂金 2：豁然开朗 -“晦涩难懂”的 ReadWriteLock 竟如此妙不可言

欢迎来到《并发王者课》，本文是该系列文章中的第 15 篇。

在上篇文章中，我们介绍了 Java 中锁的基础 Lock 接口。在本文中，我们将介绍 Java 中锁的另外一个重要的基本型接口，即 ReadWriteLock 接口。

在探索 Java 中的并发时，ReadWriteLock 无疑是重要的，然而理解它却并不容易。如果你此前曾经检索资料，应该会发现大部分的文章对它的描述都比较晦涩难懂，或连篇累牍的源码陈列，或隔靴搔痒的三言两语，既说不到重点，也说不清来龙去脉。

所以，在本文中我们会将介绍的重点放在对思路的理解上，而不是对源码的解读上。对于源码以及其背后的知识，我们将在后面的更高级的系列中进行讲解。

一、理解 ReadWriteLock 存在的价值

理解 ReadWriteLock，首页要理解它存在的意义是什么。换言之，它要解决什么问题。为此，我们不妨从下图着手一探究竟。

不知你看明白了没有，这幅图所表达的有三层含义：

• 大量线程在竞争同一份资源；

• 这些线程中有的是读请求，有的是写请求；

• 在多个线程的请求中，读请求明显高于写请求。

这样的场景是否似曾相识？没错，它就是典型的缓存应用场景。

众所周知，缓存的存在是为了提高应用的读写性能。一方面，我们需要通过缓存拦截大量的读数据的请求。另一方面，我们也需要不定期地更新缓存。但总体而言，更新缓存的次数远远小于读缓存的次数。

在这个过程中，关键问题在于，为了保持数据一致性，我们在读写缓存的时候，不能让读请求拿到脏数据，这就需要用到锁。然而，更关键的问题在于，虽然读写之间需要互斥，但读与读之间不可以互斥。

总结来说，这个问题主要有下面这几个要点：

• 数据允许多个线程同时读取，但只允许一个线程进行写入；

• 在读取数据的时候，不可以存在写操作或者写请求；

• 在写数据的时候，不可以存在读请求。

如果你对此仍然有些迷茫，那么下面这张图建议你收藏，这张图正是 ReadWriteLock 对问题的概述和它的解决方案，也是诠释 ReadWriteLock 最好的一幅图。

在你没有理解 ReadWriteLock 之前，你会觉得它十分晦涩且源码枯燥。然而，一旦你理解它要解决的问题，以及它所提供的方案后，你会发现它的设计竟然如此巧妙。它竟然设计了两种截然不同的锁，其中一把正如我们此前认知的那样是线程互斥的，而另一把锁竟然可以为多个线程所共享！两把锁的完美配合，解决了并发读写的场景问题。

在恍然大悟后，所谓源码不过是队列与共享，它们是 ReadWriteLock 的一种实现方式，而不是阻挡你理解的绊脚石。

二、自主实现 ReadWriteLock

在理解了 ReadWriteLock 背后的问题和它的解决思路之后，我们就可以完全抛开 JDK 中的源码自己实现一把读写锁。

public class ReadWriteLock{
  private int readers       = 0;  private int writers       = 0;  private int writeRequests = 0;
  public synchronized void lockRead() throws InterruptedException{    while(writers > 0 || writeRequests > 0){      wait();    }    readers++;  }
  public synchronized void unlockRead(){    readers--;    notifyAll();  }
  public synchronized void lockWrite() throws InterruptedException{    writeRequests++;
    while(readers > 0 || writers > 0){      wait();    }    writeRequests--;    writers++;  }
  public synchronized void unlockWrite() throws InterruptedException{    writers--;    notifyAll();  }}

在读锁lockRead()中，是不允许有写请求或写操作的。如果有，那么读请求将进入等待。

而在lockWrite()中，同时不允许读请求和其他写操作的存在，此时只允许有一个写请求。

以上就是读写锁简单的自主实现方式。当然，它是不完善的，只是基本的示例。它没有考虑到基本的线程重入问题，真实情况也比它复杂很多，但你理解它的意思就好。

三、Java 中的 ReadWriteLock 是如何实现的

最后，我们再来看 JDK 中的 ReadWriteLock 实现的一些基本思路。ReadWriteLock 和我们上篇所说的 Lock 接口以及其他类的基本关系如下图所示：

可以看到，JDK 中的读写锁的实现是在 ReentrantReadWriteLock 这个类中。ReentrantReadWriteLock 包含了两个内部类：ReadLock 和 WriteLock，而这两个类又实现了 Lock 接口。

读写锁的升级与降级

读写锁的升级与降级是 ReentrantReadWriteLock 中的一个重要知识点，也是高频的面试题。

从读锁到写锁，称之为锁的升级，反之为锁的降级。理解读写锁的升级和降级，最直观的方式是写代码验证。

代码片段 1，先获取读锁，再获取写锁。

public class ReadWriteLockDemo {    public static void main(String[] args) {        ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();        readWriteLock.readLock().lock();        System.out.println("已经获取读锁...");        readWriteLock.writeLock().lock();        System.out.println("已经获取写锁...");    }}

输出结果如下：

已经获取读锁...

代码片段 2，先获取写锁，再获取读锁：

public class ReadWriteLockDemo {    public static void main(String[] args) {        ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();        readWriteLock.writeLock().lock();        System.out.println("已经获取写锁...");        readWriteLock.readLock().lock();        System.out.println("已经获取读锁...");    }}

输出结果如下：

已经获取写锁...已经获取读锁...
Process finished with exit code 0

这样一来，结果已经十分明了。ReentrantReadWriteLock 支持锁的降级，但不支持锁的升级。

读写锁中的公平性

在前面的文章中，我们讲过线程饥饿的由来和后果，所以良好的并发工具类在设计时都会考虑到公平性，ReentrantReadWriteLock 也是如此。

在 ReentrantReadWriteLock 中，同时提供了公平和非公平两种模式，且默认为非公平模式。从下面摘取的源码片段中，可以清晰地看到。

 public ReentrantReadWriteLock() {        this(false); }
    /**   /** * Creates a new {@code ReentrantReadWriteLock} with * default (nonfair) ordering properties. */public ReentrantReadWriteLock() {  this(false);}
/** * Creates a new {@code ReentrantReadWriteLock} with * the given fairness policy. * * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy */public ReentrantReadWriteLock(boolean fair) {  sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();  readerLock = new ReadLock(this);  writerLock = new WriteLock(this);}

小结

以上就是关于读写锁的全部内容。在本文中，我们从缓存问题出发，接着从 ReadWriteLock 中寻找答案，以便能从更轻松的角度理解 ReadWriteLock 的来龙去脉。

理解 ReadWriteLock 的关键不在于对源码的剖析，而在于对其思路的理解。

另外，我们简单地介绍了 ReentrantReadWriteLock 中的一些关键知识点，但诸如其背后的 AQS 等并没有展开陈述。对此也不必着急，我们会在后面有详细的分析介绍。

正文到此结束，恭喜你又上了一颗星✨

夫子的试炼

• 尝试在示例代码中增加对读写线程的重入支持。

延伸阅读与参考资料

• 示例代码参考
  

• 《并发王者课》大纲与更新进度总览
  

关于作者

关注公众号【庸人技术笑谈】，获取及时文章更新。记录平凡人的技术故事，分享有品质（尽量）的技术文章，偶尔也聊聊生活和理想。不贩卖焦虑，不做标题党。

如果本文对你有帮助，欢迎点赞、关注、监督，我们一起从青铜到王者。