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
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