Java多线程与并发(12-26)-JUC锁- ReentrantReadWriteLock详解.pdf

在Java多线程并发编程中，ReentrantReadWriteLock（可重入读写锁）是一个重要的同步工具，它属于Java并发包（java.util.concurrent.locks）中的一个类。这个锁提供了比标准的synchronized关键字更细粒度的控制，允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入。ReentrantReadWriteLock包含两种类型的锁：读锁（ReadLock）和写锁（WriteLock），它们可以独立地被获取和释放，从而提高了多线程环境下的并发性能。 1. **为什么需要ReentrantReadWriteLock？** - ReentrantReadWriteLock允许更高的并发性。当多个线程只需要读取共享数据时，它们可以同时持有读锁，而不会阻塞彼此。只有在写操作发生时，才会阻止其他读或写操作。 -可重入性：持有读锁或写锁的线程可以再次获取同一类型的锁，而不会导致死锁。 -读写锁分离：读锁和写锁是分离的，这意味着写锁的优先级高于读锁，即使有多个读锁，写锁也能立即获取。 2. **ReentrantReadWriteLock的底层实现原理** - ReentrantReadWriteLock基于AbstractQueuedSynchronizer（AQS）实现。AQS是一个用于构建锁和同步组件的基础框架，它使用一个FIFO的等待队列来管理线程的阻塞和唤醒。 - AQS维护了一个32位的state变量，ReentrantReadWriteLock利用这个变量的高16位表示读锁的重入次数，低16位表示写锁的重入次数。 3. **读锁和写锁的最大数量** -由于state变量的范围是32位，理论上读锁和写锁的最大重入次数均为65535。然而，实际应用中，超过这个数值可能会导致溢出问题，因此通常需要避免过高的重入次数。 4. **ThreadLocalHoldCounter和HoldCounter的作用** - HoldCounter是一个内部类，用于存储线程的读锁重入次数。 - ThreadLocalHoldCounter是ThreadLocal的一个子类，每个线程都有自己的HoldCounter实例，用于存储当前线程的读锁重入计数。这样可以确保线程间读锁计数的隔离，避免并发问题。 5. **写锁和读锁的获取与释放** -写锁的获取会检查当前是否有读锁或写锁被持有，如果有则阻塞。获取成功后，会更新AQS的state，增加写锁的重入次数。 -读锁的获取允许多个线程同时持有，只有当写锁被占用时才会阻塞。同样，获取时会更新state，增加读锁的重入计数。 -释放锁时，会减少对应的重入计数，并在合适的时候唤醒等待的线程。 6. **不支持锁升级的原因** -锁升级指的是一个线程持有读锁时尝试升级为写锁。这种行为可能导致死锁，因为其他持有读锁的线程可能无法察觉到这种升级，从而导致竞争状态。 -为了避免这种情况，ReentrantReadWriteLock不支持直接从读锁升级到写锁，而是要求线程先释放读锁，再重新请求写锁。 7. **ReentrantReadWriteLock的数据结构** - ReentrantReadWriteLock的数据结构基于AQS，AQS维护了一个FIFO的等待队列，用于线程的阻塞和唤醒。Sync类是ReentrantReadWriteLock的内部抽象类，继承自AQS，提供了锁的实现细节。 8. **类的继承和内部类关系** - ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口，提供了读写锁的获取和释放方法，同时也实现了Serializable接口，意味着它可以进行序列化。 - Sync是内部抽象类，继承自AQS，提供锁的核心实现。NonfairSync和FairSync分别代表非公平和公平的锁策略，继承自Sync。 - ReadLock和WriteLock是内部类，实现了Lock接口，分别对应读锁和写锁的接口。通过理解ReentrantReadWriteLock的工作原理和设计，开发者可以更好地在多线程环境中控制并发访问，提高程序的效率和安全性。在面试或实际开发中，掌握这些知识点对于解决复杂并发问题是至关重要的。