当读操作远远高于写操作时，这时候使用 读写锁 让 读-读 可以并发，提高性能。 类似于数据库中的 select ... from ... lock in share mode提供一个 数据容器类 内部分别使用读锁保护数据的 read() 方法，写锁保护数据的 write()方法
自定义数据容器类
class DataContainer { private Object data; private ReentrantReadWriteLock rw = new ReentrantReadWriteLock(); private ReentrantReadWriteLock.ReadLock r = rw.readLock(); private ReentrantReadWriteLock.WriteLock w = rw.writeLock(); public Object read() { log.debug("获取读锁..."); r.lock(); try { log.debug("读取"); sleep(1); return data; } finally { log.debug("释放读锁..."); r.unlock(); } } public void write() { log.debug("获取写锁..."); w.lock(); try { log.debug("写入"); sleep(1); } finally { log.debug("释放写锁..."); w.unlock(); } } }测试 读锁-读锁 可以并发，读锁没有释放时，其他线程就可以获取读锁
DataContainer dataContainer = new DataContainer(); new Thread(() -> { dataContainer.read(); }, "t1").start(); new Thread(() -> { dataContainer.read(); }, "t2").start() 结果：输出结果，从这里可以看到 Thread-0 锁定期间， Thread-1 的读操作不受影响 14:05:14.341 c.DataContainer [t2] - 获取读锁... 14:05:14.341 c.DataContainer [t1] - 获取读锁... 14:05:14.345 c.DataContainer [t1] - 读取 14:05:14.345 c.DataContainer [t2] - 读取 14:05:15.365 c.DataContainer [t2] - 释放读锁... 14:05:15.386 c.DataContainer [t1] - 释放读锁...测试 读锁-写锁 相互阻塞，一方线程要等另一方线程锁释放
DataContainer dataContainer = new DataContainer(); new Thread(() -> { dataContainer.read(); }, "t1").start(); Thread.sleep(100); new Thread(() -> { dataContainer.write(); }, "t2").start(); 结果： 14:04:21.838 c.DataContainer [t1] - 获取读锁... 14:04:21.838 c.DataContainer [t2] - 获取写锁... 14:04:21.841 c.DataContainer [t2] - 写入 14:04:22.843 c.DataContainer [t2] - 释放写锁... 14:04:22.843 c.DataContainer [t1] - 读取 14:04:23.843 c.DataContainer [t1] - 释放读锁...写锁-写锁 也是相互阻塞的，必须要等一方线程释放锁，下一个线程才能操作，这里不作测试了
注意事项
读锁不支持条件变量重入时升级不支持：即持有读锁的情况下去获取写锁，会导致获取写锁永久等待 r.lock();//读锁 try { // ... w.lock();//写锁永久等待 try { // ... } finally{ w.unlock(); } } finally{ r.unlock(); } 重入时降级支持：即持有写锁的情况下去获取读锁（这是同一个线程重入锁可以） class CachedData { Object data; // 是否有效，如果失效，需要重新计算 data volatile boolean cacheValid; final ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock(); void processCachedData() { rwl.readLock().lock(); if (!cacheValid) { // 获取写锁前必须释放读锁 rwl.readLock().unlock(); rwl.writeLock().lock(); try { // 判断是否有其它线程已经获取了写锁、更新了缓存, 避免重复更新 if (!cacheValid) { data = ... cacheValid = true; } // 降级为读锁, 释放写锁, 这样能够让其它线程读取缓存 rwl.readLock().lock(); } finally { rwl.writeLock().unlock(); } } // 自己用完数据, 释放读锁 try { use(data); } finally { rwl.readLock().unlock(); } } }读写锁用的是同一个 Sycn 同步器，因此等待队列、state 等也是同一个
ReentrantReadWriteLock类结构：
1). acquire(int arg)方法
static final class NonfairSync extends Sync { // ... 省略无关代码 // 外部类 WriteLock 方法, 方便阅读, 放在此处 public void lock() { sync.acquire(1); } // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处 public final void acquire(int arg) { if ( // 尝试获得写锁失败 !tryAcquire(arg) && // 将当前线程关联到一个 Node 对象上, 模式为独占模式 // 进入 AQS 队列阻塞 acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg) ) { selfInterrupt(); } } }2). tryAcquire(arg)方法(子类的实现方法)
t1 成功上锁，流程与 ReentrantLock 加锁相比没有特殊之处， 不同是写锁状态占了 state 的低 16 位，而读锁使用的 是 state 的高 16 位 // Sync 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处 protected final boolean tryAcquire(int acquires) { // 获得低 16 位, 代表写锁的 state 计数 Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState();//获取写锁当前的同步状态 //exclusiveCount(c)获取写锁获取的次数 int w = exclusiveCount(c); if (c != 0) { if ( // c != 0 and w == 0 表示有读锁, 或者 w == 0 || // 如果 exclusiveOwnerThread 不是自己 current != getExclusiveOwnerThread() ) { // 获得锁失败 return false; } // 写锁计数超过低 16 位, 报异常 if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); // 写锁重入, 获得锁成功 setState(c + acquires); return true; } if ( // 判断写锁是否该阻塞, 或者 writerShouldBlock() || // 尝试更改计数失败 !compareAndSetState(c, c + acquires) ) { // 获得锁失败 return false; } // 获得锁成功 setExclusiveOwnerThread(current); return true; }3）exclusiveCount( c)方法：写锁被获取的次数
其中EXCLUSIVE_MASK为: static final int EXCLUSIVE_MASK = (1 << SHARED_SHIFT) - 1; EXCLUSIVE _MASK为1左移16位然后减1，即为0x0000FFFF。而exclusiveCount方法是将同步状态（state为int类型）与0x0000FFFF相与，即取同步状态的低16位。那么低16位代表什么呢？根据exclusiveCount方法的注释为独占式获取的次数即写锁被获取的次数，现在就可以得出来一个结论同步状态的低16位用来表示写锁的获取次数
static int exclusiveCount(int c) { return c & EXCLUSIVE_MASK; }4）writerShouldBlock()方法：判断写锁是否该阻塞 该方法是Sync类中的抽象方法，有公平锁和非公平锁两种实现方式： 对于非公平锁：
static final class NonfairSync extends Sync { //对于非公平锁总是返回false，不需要阻塞 final boolean writerShouldBlock() { return false; } }对于公平锁：
static final class FairSync extends Sync { //对于公平锁，需要判断 final boolean writerShouldBlock() { return hasQueuedPredecessors(); } }5）如果尝试获取锁tryAcquire失败，就进入 acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)方法，与ReentrantLock一样，这里不作细述
1) acquireShared(arg)方法
static final class NonfairSync extends Sync { // ReadLock 方法, 方便阅读, 放在此处 public void lock() { sync.acquireShared(1); } // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处 public final void acquireShared(int arg) { // tryAcquireShared 返回负数, 表示获取读锁失败 if (tryAcquireShared(arg) < 0) { doAcquireShared(arg); } } }2) tryAcquireShared(arg)方法
t2 执行 r.lock，这时进入读锁的 sync.acquireShared(1) 流程，首先会进入 tryAcquireShared 流程。如果有写锁占据 并且获取写锁的线程不是当前线程，那么 tryAcquireShared 返回 -1 表示失败。 tryAcquireShared 返回值表示 * -1 表示失败 * 0 表示成功，但后继节点不会继续唤醒 * 正数表示成功，而且数值是还有几个后继节点需要唤醒，读写锁返回 1 // Sync 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处 protected final int tryAcquireShared(int unused) { Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); // 如果是其它线程持有写锁, 获取读锁失败 if ( exclusiveCount(c) != 0 && getExclusiveOwnerThread() != current ) { return -1; } int r = sharedCount(c); if ( // 读锁不该阻塞(如果老二是写锁，读锁该阻塞), 并且 !readerShouldBlock() && // 小于读锁计数, 并且 r < MAX_COUNT && // 尝试增加计数成功 compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT) ) { // ... 省略不重要的代码 return 1; } return fullTryAcquireShared(current); }3) sharedCount( c) 读锁被获取的次数 该方法是获取读锁被获取的次数，是将同步状态（int c）右移16次，即取同步状态的高16位，现在我们可以得出另外一个结论同步状态的高16位用来表示读锁被获取的次数。读写锁是怎样实现分别记录读锁和写锁的状态的，就是通过获取读写锁的次数，和exclusiveCount(int c)获取写锁次数一样
static int sharedCount(int c) { return c >>> SHARED_SHIFT; }4）readerShouldBlock()方法 判断读锁是否该阻塞 这个方法对于公平锁和非公平锁的实现是不同的，也就导致了ReentrantReadWriteLock()对于公平和非公平的两种不同实现：
对于非公平锁：
static final class NonfairSync extends Sync { //... final boolean readerShouldBlock() { /** 看 AQS 队列中第一个节点是否是写锁，true 则该阻塞, false 则不阻塞: 由于非公平的竞争，并且读锁可以共享，所以可能会出现源源不断的读，使得写锁永远竞争不到，然后出现饿死的现象(读-读可以共享，读-写阻塞需要等待释放) 通过这个策略，当一个写锁出现在头结点后面的时候，会立刻阻塞所有还未获取读锁的其他线程，让步给写线程先执行(写-读阻塞) */ return apparentlyFirstQueuedIsExclusive(); } }公平锁：
static final class FairSync extends Sync { //... final boolean readerShouldBlock() { //对于公平锁来说，如果有前驱（也就是非头结点），都会进行等待，不允许竞争锁 return hasQueuedPredecessors(); } }5) fullTryAcquireShared(current)
// AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处 // 与 tryAcquireShared 功能类似, 但会不断尝试 for (;;) 获取读锁, 执行过程中无阻塞 final int fullTryAcquireShared(Thread current) { HoldCounter rh = null; for (;;) { int c = getState(); if (exclusiveCount(c) != 0) { if (getExclusiveOwnerThread() != current) return -1; } else if (readerShouldBlock()) { // ... 省略不重要的代码 } if (sharedCount(c) == MAX_COUNT) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); if (compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) { // ... 省略不重要的代码 return 1; } } }如果获取读锁获取失败，就会继续执行下面的doAcquireShared(arg)方法：想象成acquireQueued()方法
6) doAcquireShared(arg)方法
1）如果t2线程获取锁失败，这时会进入doAcquireShared(1) 流程， 首先也是调用 addWaiter 添加节点，不同之处在于节点被设置为 Node.SHARED 模式而非 Node.EXCLUSIVE 模式， 注意此时 t2 仍处于活跃状态 。 2）t2 会看看自己的节点是不是老二，如果是，还会再次调用 tryAcquireShared(1) 来尝试获取锁 3）如果没有成功，在 doAcquireShared 内 for (;;) 循环一次， 把前驱节点的 waitStatus 改为 -1，再 for (;;) 循环一 次尝试 tryAcquireShared(1) 如果还不成功， 那么在 parkAndCheckInterrupt() 处 park // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处 private void doAcquireShared(int arg) { // 将当前线程关联到一个 Node 对象上, 模式为共享模式 final Node node = addWaiter(Node.SHARED); boolean failed = true; try { boolean interrupted = false; for (;;) { final Node p = node.predecessor(); if (p == head) { // 再一次尝试获取读锁 int r = tryAcquireShared(arg); // 成功 if (r >= 0) { // ㈠ // r 表示可用资源数, 在这里总是 1 允许传播 //（唤醒 AQS 中下一个 Share 节点） setHeadAndPropagate(node, r); p.next = null; // help GC if (interrupted) selfInterrupt(); failed = false; return; } } if ( // 是否在获取读锁失败时阻塞（前一个阶段 waitStatus == Node.SIGNAL） shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && // park 当前线程 parkAndCheckInterrupt() ) { interrupted = true; } } } finally { if (failed) cancelAcquire(node); } }1、release()方法
static final class NonfairSync extends Sync { // ... 省略无关代码 // WriteLock 方法, 方便阅读, 放在此处 public void unlock() { sync.release(1); } // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处 public final boolean release(int arg) { // 尝试释放写锁成功 if (tryRelease(arg)) { // unpark AQS 中等待的线程 Node h = head; if (h != null && h.waitStatus != 0) unparkSuccessor(h); return true; } return false; }2、tryRelease()方法
// Sync 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处 protected final boolean tryRelease(int releases) { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); int nextc = getState() - releases; // 因为可重入的原因, 写锁计数为 0, 才算释放成功 boolean free = exclusiveCount(nextc) == 0; if (free) { setExclusiveOwnerThread(null); } setState(nextc); return free; } } 这时会走到写锁的 sync.release(1) 流程，调用 sync.tryRelease(1) 成功，变成下面的样子 ：3、unparkSuccessor ()方法
private void unparkSuccessor(Node node) { int ws = node.waitStatus; if (ws < 0) //将当前线程的节点状态置0 compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); //找到下一个需要唤醒的结点s Node s = node.next; if (s == null || s.waitStatus > 0) { s = null; //如果该节点已经取消获取锁，那就从队尾开始向前找，找到第一个ws<=0的节点，并赋值给s for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) if (t.waitStatus <= 0) s = t; } //调用unpark()方法，唤醒正在阻塞的线程 if (s != null) LockSupport.unpark(s.thread); } 接下来执行唤醒流程sync.unparkSuccessor，即让老二恢复运行:4、doAcquireShared()方法 这里开始唤醒读锁，加锁了
这时 t2 在doAcquireShared 内parkAndCheckInterrupt()处恢复运行， 这回再来一次 for (;;) 执行 tryAcquireShared 成功则让读锁计数加一 private void doAcquireShared(int arg) { final Node node = addWaiter(Node.SHARED); boolean failed = true; try { boolean interrupted = false; for (;;) { final Node p = node.predecessor(); if (p == head) { //2、继续尝试获取锁资源，让读锁计数加1 int r = tryAcquireShared(arg); if (r >= 0) { //3、唤醒下一个线程 setHeadAndPropagate(node, r); p.next = null; // help GC if (interrupted) selfInterrupt(); failed = false; return; } } //1、t2线程在这儿被唤醒，就会继续指向一次for循环 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { if (failed) cancelAcquire(node); } }5、setHeadAndPropagate (node, 1)方法
这时 t2 已经恢复运行，接下来 t2 调用 setHeadAndPropagate(node, 1)， 它原本所在节点被置为头节点 private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) { Node h = head; setHead(node);//head指向自己 //如果锁计数>0,就继续唤醒下面的线程 if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0) { Node s = node.next; //检查下一个节点是否是 shared，如果是将 head 的状态从 -1 改为 0 并唤醒老二 if (s == null || s.isShared()) doReleaseShared(); } } 事情还没完，在setHeadAndPropagate方法内还会检查下一个节点是否是 shared，如果是则调用doReleaseShared() 将 head 的状态从 -1 改为 0 并唤醒老二，这时 t3 在 doAcquireShared内 parkAndCheckInterrupt() 处恢复运行 这回再来一次 for (;;) 执行 tryAcquireShared 成功则让读锁计数加一 这时 t3 已经恢复运行，接下来 t3 调用 setHeadAndPropagate(node, 1)，它原本所在节点被置为头节点 下一个节点不是 shared 了，是写锁(和ReentrantLock一样，独占锁）因此不会继续唤醒 t4 所在节点1、releaseShared(int arg)方法
static final class NonfairSync extends Sync { // ReadLock 方法, 方便阅读, 放在此处 public void unlock() { sync.releaseShared(1); } // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处 public final boolean releaseShared(int arg) { if (tryReleaseShared(arg)) { doReleaseShared(); return true; } return false; }2、tryReleaseShared(int unused)方法
t2 进入 sync.releaseShared(1) 中，调用 tryReleaseShared(1) 让计数减一，但由于计数还不为零 // Sync 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处 protected final boolean tryReleaseShared(int unused) { // ... 省略不重要的代码 for (;;) { int c = getState(); int nextc = c - SHARED_UNIT; if (compareAndSetState(c, nextc)) { // 读锁的计数不会影响其它获取读锁线程, 但会影响其它获取写锁线程 // 计数为 0 才是真正释放 return nextc == 0; } } }3、doReleaseShared()方法
t3 进入 sync.releaseShared(1) 中，调用 tryReleaseShared(1) 让计数减一，这回计数为零了，进入doReleaseShared() 将头节点从 -1 改为 0 并唤醒老二，即 // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处 private void doReleaseShared() { // 如果 head.waitStatus == Node.SIGNAL ==> 0 成功, 下一个节点 unpark // 如果 head.waitStatus == 0 ==> Node.PROPAGATE for (;;) { Node h = head; if (h != null && h != tail) { int ws = h.waitStatus; // 如果有其它线程也在释放读锁，那么需要将 waitStatus 先改为 0 // 防止 unparkSuccessor 被多次执行 if (ws == Node.SIGNAL) { if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) continue; // loop to recheck cases unparkSuccessor(h); } // 如果已经是 0 了，改为 -3，用来解决传播性，见后文信号量 bug 分析 else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) continue; // loop on failed CAS } if (h == head) // loop if head changed break; } } } 之后 t4 (写锁被唤醒)在 acquireQueued 中 parkAndCheckInterrupt 处恢复运行， 再次 for (;;) 这次自己是老二，并且没有其他竞争，tryAcquire(1) 成功， 修改头结点，流程结束锁降级： 由上面的源码可以看出，线程在获取读锁时，如果state！=0，那么会先判断获取写锁的线程是不是当前线程，也就是说一个线程在获取写锁后，还可以获取读锁，当写锁释放后，就降级为读锁了。 不可以锁升级：
