Java 同步和协作工具类（一）：读写锁 ReentrantReadWriteLock

1. Java 并发包中专门的同步和协作工具类有哪些

• 读写锁：RenentrantReadWriteLock
• 信号量：Semaphore
• 倒计时门栓：CountDownLatch
• 循环栅栏：CyclicBarrier

2. synchronized 和显示锁 ReentrantLock，对于同一受保护对象的访问，无论是读还是写，都要求获得相同的锁。在一些场景中，这是没有必要的，多个线程的读操作完全可以并行。在读多写少的场景中，让读操作并行可以明显提高性能，怎么让读操作能够并行，又不影响一致性呢

• 使用读写锁

3. 怎样理解读写锁

• 在 Java 并发包中，接口 ReadWriteLock 表示读写锁，主要实现类是可重入读写锁 ReentrantReadWriteLock

• ReadWriteLock 的定义为

  public interface ReadWriteLock {
      Lock readLock();
      Lock writeLock();
  }

  • 通过一个 ReadWriteLock 产生两个锁：一个读锁，一个写锁
  • 读操作使用读锁，写操作使用写锁
  • 只有“读-读”操作是可以并行的，“读-写”和“写-写”都不可以
  • 只有一个线程可以进行写操作，在获取写锁时，只有没有任何线程持有任何锁才可以获取到
  • 在持有写锁时，其他任何线程都获取不到任何锁
  • 在没有其他线程持有写锁的情况下，多个线程可以获取和持有读锁

• ReentrantReadWriteLock 是可重入的读写锁，构造方法中的参数 fair 表示是否公平，如果不传递则是 false。公平的意思是：等待时间最长的线程优先获得锁。保证公平会影响性能，一般也不需要，所以默认不保证公平，synchronized 锁也是不保证公平的

4. 使用读写锁实现一个缓存类 MyCache

public class MyCache {
    private Map<String, Object> map = new HashMap<> ();
    private ReentrantReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
    private Lock readLock = readWriteLock.readLock();
    private Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();
    public Object get(String key) {
        readLock.lock();
        try {
            return map.get(key);
        } finally {
            readLock.unlock();
        }
    }
    public Object put(String key, Object value) {
        writeLock.lock();
        try {
            return map.put(key, value);
        } finally {
            writeLock.unlock();
        }
    }
    public void clear() {
        writeLock.lock();
        try {
            map.clear();
        } finally {
            writeLock.unlock();
        }
    }
}

5. 读写锁是怎么实现的，读锁和写锁看上去是两个锁，它们是怎么协调的

• 源码具体实现比较复杂，这里简述下其思路：内部，它们使用同一个整数变量表示锁的状态，16 位给读锁用，16 位给写锁用。使用一个变量便于进行 CAS 操作，锁的等待队列其实也只有一个
• 写锁的获取，就是确保当前没有其他线程持有任何锁，否则就等待。写锁释放后，也就是将等待队列中的第一个线程唤醒，唤醒的可能是等待读锁的，也可能是等待写锁的
• 读锁的获取不太一样，首先，只要写锁没有被持有，就可以获取到读锁。此外，在获取到读锁后，它会检查等待队列，逐个唤醒最前面的等待读锁的线程，直到第一个等待写锁的线程。如果有其他线程持有写锁，获取读锁会等待。读锁释放后，检查读锁和写锁数是否都变为了 0，如果是，唤醒等待队列中的下一个线程