ReadWriteLock 和 ReentrantReadWrite介绍
ReadWriteLock，顾名思义，是读写锁。
它维护了一对相关的锁 — — “读取锁”和“写入锁”，一个用于读取操作，另一个用于写入操作。
“读取锁”用于只读操作，它是“共享锁”，能同时被多个线程获取。
“写入锁”用于写入操作，它是“独占锁”，写入锁只能被一个线程锁获取。
这是它的函数列表：
// 返回用于读取操作的锁。
Lock readLock()
// 返回用于写入操作的锁。
Lock writeLock()而对于ReentrantReadWriteLock，是否觉得ReentrantReadWriteLock会实现Lock接口呢？
答案是否定的，ReentrantReadWriterLock采用组合的方式，采用两个内部类实现Lock接口，分别是ReadLock,WriterLock类。
与ReentrantLock一样，ReentrantReadWriterLock同样使用自己的内部类Sync（继承AbstractQueuedSynchronizer）实现CLH算法，同时让sysn可以指向它的子类FairSync和NonFaireSync。
这是它的uml图：
ReentrantReadWrite的属性
为了更好地对读写锁机制的了解和下面源码的解读，先介绍一下它的组件Sync的成员：
static final int SHARED_SHIFT = 16;
static final int SHARED_UNIT = (1 << SHARED_SHIFT);
static final int MAX_COUNT = (1 << SHARED_SHIFT) - 1;
static final int EXCLUSIVE_MASK = (1 << SHARED_SHIFT) - 1;
/** Returns the number of shared holds represented in count */
static int sharedCount(int c) { return c >>> SHARED_SHIFT; }
/** Returns the number of exclusive holds represented in count */
static int exclusiveCount(int c) { return c & EXCLUSIVE_MASK; } 首先ReentrantReadWriterLock使用一个32位的int类型来表示锁被占用的线程数（ReentrantLock中的state）,用所以，采取的办法是，高16位用来表示读锁占有的线程数量，用低16位表示写锁被同一个线程申请的次数。
- SHARED_SHIFT，表示读锁占用的位数，常量16。
- SHARED_UNIT， 增加一个读锁，按照上述设计，就相当于增加 SHARED_UNIT；
- MAX_COUNT ，表示申请读锁最大的线程数量，为65535
EXCLUSIVE_MASK :表示计算写锁的具体值时，该值为 15个1,用 getState & EXCLUSIVE_MASK算出写锁的线程数，大于1表示重入。
static int sharedCount(int c) { return c >>> SHARED_SHIFT; } static int exclusiveCount(int c) { return c & EXCLUSIVE_MASK; }
举例说明，比如，现在当前，申请读锁的线程数为13个，写锁一个，那state怎么表示？上文说过，用一个32位的int类型的高16位表示读锁线程数，13的二进制为 1101,那state的二进制表示为
00000000 00001101 00000000 00000001，十进制数为851969。
sharedCount方法获取的是共享锁，也就是读锁，只需要将state 无符号向左移位16位置，得出00000000 00001101，就出13。
exclusiveCount根据851969要算成低16位置，只需要用该00000000 00001101 00000000 00000001 & 111111111111111（15位），就可以得出00000001。
这几个参数看懂了，下面来几个有意思的成员：
private transient ThreadLocalHoldCounter readHolds;
private transient HoldCounter cachedHoldCounter;
private transient Thread firstReader = null;
private transient int firstReaderHoldCount; ThreadLocalHoldCounter和HoldCounter是什么？
/** * A counter for per-thread read hold counts. * Maintained as a ThreadLocal; cached in cachedHoldCounter */
static final class HoldCounter {
int count = 0;
// Use id, not reference, to avoid garbage retention
final long tid = getThreadId(Thread.currentThread());
}
/** * ThreadLocal subclass. Easiest to explicitly define for sake * of deserialization mechanics. */
static final class ThreadLocalHoldCounter
extends ThreadLocal<HoldCounter> {
public HoldCounter initialValue() {
return new HoldCounter();
}
}HoldCounter存着读锁的数量。而ThreadLocalHoldCounter继承了线程本地类ThreadLocal，持有一个HoldCounter对象，也就是说ThreadLocalHoldCounter持有当前线程的读锁的数量。
firstReader与firstReadHoldCount保存第一个获取读锁的线程，也就是readHolds中并不会保存第一个获取读锁的线程；cachedHoldCounter 缓存的是最后一个获取线程的HolderCount信息，该变量主要是在如果当前线程多次获取读锁时，减少从readHolds中获取HoldCounter的次数。为什么要把第一个读的线程的信息和最后一个的信息单独拿出来呢，这是一种优化方法，缓存使用。看到后面就清楚了。
获取共享锁的过程
获取共享锁的思想(即lock函数的步骤)，是先通过tryAcquireShared()尝试获取共享锁。尝试成功的话，则直接返回；尝试失败的话，则通过doAcquireShared()不断的循环并尝试获取锁，若有需要，则阻塞等待。doAcquireShared()在循环中每次尝试获取锁时，都是通过tryAcquireShared()来进行尝试的。下面看看“获取共享锁”的详细流程。
1.lock方法
lock()在ReadLock中，切记共享锁在ReadLock中，WriteLock持有的是独占锁。
public void lock() {
sync.acquireShared(1);
}2.acquireShared方法
Sync继承于AQS，acquireShared()定义在AQS中。源码如下：
public final void acquireShared(int arg) {
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireShared(arg);
}与此类似地，我们可以对比一下同在AQS的独占锁的acquire()
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}acquireShared()首先会通过tryAcquireShared()来尝试获取锁。
- 尝试成功的话，则不再做任何动作(因为已经成功获取到锁了)。
- 尝试失败的话，则通过doAcquireShared()来获取锁。doAcquireShared()会获取到锁了才返回。
3. tryAcquire
tryAcquire定义在AQS中，由Sync类重写了：
protected final int tryAcquireShared(int unused) {
Thread current = Thread.currentThread();
// 获取“锁”的状态
int c = getState();
// 如果“锁”是“写锁”，并且获取锁的线程不是current线程；则返回-1。
if (exclusiveCount(c) != 0 &&
getExclusiveOwnerThread() != current)
return -1;
// 获取“读取锁”的共享计数
int r = sharedCount(c);
// 如果“不需要阻塞等待”，并且“读取锁”的共享计数小于MAX_COUNT；
// 则通过CAS函数更新“锁的状态”，将“读取锁”的共享计数+1。
if (!readerShouldBlock() &&
r < MAX_COUNT &&
compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {
// 第1次获取“读取锁”。
if (r == 0) {
firstReader = current;
firstReaderHoldCount = 1;
// 如果想要获取锁的线程(current)是第1个获取锁(firstReader)的线程
} else if (firstReader == current) {
firstReaderHoldCount++;
} else {
// 获得最后一个获取读线程的信息
HoldCounter rh = cachedHoldCounter;
//如果不存在或者不是当前线程，就从readHolds获得当前线程信息
//加一并添加到缓存cachedHoldCounter中
if (rh == null || rh.tid != current.getId())
cachedHoldCounter = rh = readHolds.get();
else if (rh.count == 0)
readHolds.set(rh);
// 将该线程获取“读取锁”的次数+1。
rh.count++;
}
return 1;
}
return fullTryAcquireShared(current);
}说明：tryAcquireShared()的作用是尝试获取“共享锁”。
如果在尝试获取锁时，“不需要阻塞等待”并且“读取锁的共享计数小于MAX_COUNT”，则直接通过CAS函数更新“读取锁的共享计数”，然后更新下面的Sync类的成员：
private transient ThreadLocalHoldCounter readHolds;
private transient HoldCounter cachedHoldCounter;
private transient Thread firstReader = null;
private transient int firstReaderHoldCount; 从代码中，我们可以清楚地看到下面的三个都是在为readHolds服务，如果没有这三个，那么获取当前线程的读锁数量的操作只能是readHolds.get(),所以通过这三个成员相当于优化，缓存。
获取不到锁，就要用fullTryAcquireShared获得。
4. fullTryAcquireShared()
final int fullTryAcquireShared(Thread current) {
HoldCounter rh = null;
for (;;) {
// 获取“锁”的状态
int c = getState();
// 如果“锁”是“互斥锁”，并且获取锁的线程不是current线程；则返回-1。
if (exclusiveCount(c) != 0) {
if (getExclusiveOwnerThread() != current)
return -1;
// 如果“需要阻塞等待”。
// (01) 当“需要阻塞等待”的线程是第1个获取锁的线程的话，则继续往下执行。
// (02) 当“需要阻塞等待”的线程获取锁的次数=0时，则返回-1。
} else if (readerShouldBlock()) {
// 如果想要获取锁的线程(current)是第1个获取锁(firstReader)的线程
if (firstReader == current) {
} else {
if (rh == null) {
rh = cachedHoldCounter;
if (rh == null || rh.tid != current.getId()) {
rh = readHolds.get();
if (rh.count == 0)
readHolds.remove();
}
}
// 如果当前线程获取锁的计数=0,则返回-1。
if (rh.count == 0)
return -1;
}
}
// 如果“不需要阻塞等待”，则获取“读取锁”的共享统计数；
// 如果共享统计数超过MAX_COUNT，则抛出异常。
if (sharedCount(c) == MAX_COUNT)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
// 将线程获取“读取锁”的次数+1。
if (compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {
// 如果是第1次获取“读取锁”，则更新firstReader和firstReaderHoldCount。
if (sharedCount(c) == 0) {
firstReader = current;
firstReaderHoldCount = 1;
// 如果想要获取锁的线程(current)是第1个获取锁(firstReader)的线程，
// 则将firstReaderHoldCount+1。
} else if (firstReader == current) {
firstReaderHoldCount++;
} else {
if (rh == null)
rh = cachedHoldCounter;
if (rh == null || rh.tid != current.getId())
rh = readHolds.get();
else if (rh.count == 0)
readHolds.set(rh);
// 更新线程的获取“读取锁”的共享计数
rh.count++;
cachedHoldCounter = rh; // cache for release
}
return 1;
}
}
}说明：fullTryAcquireShared()会根据“是否需要阻塞等待”，“读取锁的共享计数是否超过限制”等等进行处理。如果不需要阻塞等待，并且锁的共享计数没有超过限制，则通过CAS尝试获取锁，并返回1。
doAcquireShared方法
private void doAcquireShared(int arg) {
// addWaiter(Node.SHARED)的作用是，创建“当前线程”对应的节点，并将该线程添加到CLH队列中。
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
// 获取“node”的前一节点
final Node p = node.predecessor();
// 如果“当前线程”是CLH队列的表头，则尝试获取共享锁。
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
if (interrupted)
selfInterrupt();
failed = false;
return;
}
}
// 如果“当前线程”不是CLH队列的表头，则通过shouldParkAfterFailedAcquire()判断是否需要等待，
// 需要的话，则通过parkAndCheckInterrupt()进行阻塞等待。若阻塞等待过程中，线程被中断过，则设置interrupted为true。
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}doAcquireShared()的作用是获取共享锁。
它会首先创建线程对应的CLH队列的节点，然后将该节点添加到CLH队列中。CLH队列是管理获取锁的等待线程的队列。
如果“当前线程”是CLH队列的表头，则尝试获取共享锁；否则，则需要通过shouldParkAfterFailedAcquire()判断是否阻塞等待，需要的话，则通过parkAndCheckInterrupt()进行阻塞等待。
doAcquireShared()会通过for循环，不断的进行上面的操作；目的就是获取共享锁。
需要注意的是：doAcquireShared()在每一次尝试获取锁时，是通过tryAcquireShared()来执行的！
释放共享锁的过程
释放共享锁的思想，是先通过tryReleaseShared()尝试释放共享锁。尝试成功的话，则通过doReleaseShared()唤醒“其他等待获取共享锁的线程”，并返回true；否则的话，返回flase。
1. unlock()
public void unlock() {
sync.releaseShared(1);
}2. releaseShared()
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}说明：releaseShared()的目的是让当前线程释放它所持有的共享锁。
它首先会通过tryReleaseShared()去尝试释放共享锁。尝试成功，则直接返回；尝试失败，则通过doReleaseShared()去释放共享锁。这个过程实际上跟lock的操作相似。
3. tryReleaseShared()
protected final boolean tryReleaseShared(int unused) {
// 获取当前线程，即释放共享锁的线程。
Thread current = Thread.currentThread();
// 如果想要释放锁的线程(current)是第1个获取锁(firstReader)的线程，
// 并且“第1个获取锁的线程获取锁的次数”=1，则设置firstReader为null；
// 否则，将“第1个获取锁的线程的获取次数”-1。
if (firstReader == current) {
// assert firstReaderHoldCount > 0;
if (firstReaderHoldCount == 1)
firstReader = null;
else
firstReaderHoldCount--;
// 获取rh对象，并更新“当前线程获取锁的信息”。
} else {
HoldCounter rh = cachedHoldCounter;
if (rh == null || rh.tid != current.getId())
rh = readHolds.get();
int count = rh.count;
if (count <= 1) {
readHolds.remove();
if (count <= 0)
throw unmatchedUnlockException();
}
--rh.count;
}
for (;;) {
// 获取锁的状态
int c = getState();
// 将锁的获取次数-1。
int nextc = c - SHARED_UNIT;
// 通过CAS更新锁的状态。
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}4. doReleaseShared()
private void doReleaseShared() {
for (;;) {
// 获取CLH队列的头节点
Node h = head;
// 如果头节点不为null，并且头节点不等于tail节点。
if (h != null && h != tail) {
// 获取头节点对应的线程的状态
int ws = h.waitStatus;
// 如果头节点对应的线程是SIGNAL状态，则意味着“头节点的下一个节点所对应的线程”需要被unpark唤醒。
if (ws == Node.SIGNAL) {
// 设置“头节点对应的线程状态”为空状态。失败的话，则继续循环。
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue;
// 唤醒“头节点的下一个节点所对应的线程”。
unparkSuccessor(h);
}
// 如果头节点对应的线程是空状态，则设置“文件点对应的线程所拥有的共享锁”为其它线程获取锁的空状态。
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue; // loop on failed CAS
}
// 如果头节点发生变化，则继续循环。否则，退出循环。
if (h == head) // loop if head changed
break;
}
}doReleaseShared()会释放“共享锁”。它会从前往后的遍历CLH队列，依次“唤醒”然后“执行”队列中每个节点对应的线程；最终的目的是让这些线程释放它们所持有的锁。
公平共享锁和非公平共享锁
与互斥锁一样ReenTrantLock一样，共享锁ReadLock也分为公平锁和非公平锁。
我们回顾一下ReenTrantLock，公平锁和非公平锁的区别在于lock()和tryAcquire()方法允许了插队。
我们来看一下ReenTrantReadWriteLock中的FairSync和NonSync的区别：
很容易看出来，ReadLock公平锁和非公平锁的区别在于readerShouldBlock方法：
公平锁：
final boolean readerShouldBlock() {
return hasQueuedPredecessors();
}在公平共享锁中，如果在当前线程的前面有其他线程在等待获取共享锁，则返回true；否则，返回false。
非公平锁：
final boolean readerShouldBlock() {
return apparentlyFirstQueuedIsExclusive();
}使用ReentrantReadWriteLock的例子：
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
public class ReadWriteLockTest1 {
public static void main(String[] args) {
// 创建账户
MyCount myCount = new MyCount("4238920615242830", 10000);
// 创建用户，并指定账户
User user = new User("Tommy", myCount);
// 分别启动3个“读取账户金钱”的线程 和 3个“设置账户金钱”的线程
for (int i=0; i<3; i++) {
user.getCash();
user.setCash((i+1)*1000);
}
}
}
class User {
private String name; //用户名
private MyCount myCount; //所要操作的账户
private ReadWriteLock myLock; //执行操作所需的锁对象
User(String name, MyCount myCount) {
this.name = name;
this.myCount = myCount;
this.myLock = new ReentrantReadWriteLock();
}
public void getCash() {
new Thread() {
public void run() {
myLock.readLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" getCash start");
myCount.getCash();
Thread.sleep(1);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" getCash end");
} catch (InterruptedException e) {
} finally {
myLock.readLock().unlock();
}
}
}.start();
}
public void setCash(final int cash) {
new Thread() {
public void run() {
myLock.writeLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" setCash start");
myCount.setCash(cash);
Thread.sleep(1);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" setCash end");
} catch (InterruptedException e) {
} finally {
myLock.writeLock().unlock();
}
}
}.start();
}
}
class MyCount {
private String id; //账号
private int cash; //账户余额
MyCount(String id, int cash) {
this.id = id;
this.cash = cash;
}
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public int getCash() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" getCash cash="+ cash);
return cash;
}
public void setCash(int cash) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" setCash cash="+ cash);
this.cash = cash;
}
}运行结果：
Thread-0 getCash start
Thread-2 getCash start
Thread-0 getCash cash=10000
Thread-2 getCash cash=10000
Thread-0 getCash end
Thread-2 getCash end
Thread-1 setCash start
Thread-1 setCash cash=1000
Thread-1 setCash end
Thread-3 setCash start
Thread-3 setCash cash=2000
Thread-3 setCash end
Thread-4 getCash start
Thread-4 getCash cash=2000
Thread-4 getCash end
Thread-5 setCash start
Thread-5 setCash cash=3000
Thread-5 setCash end说明：
(01) 观察Thread0和Thread-2的运行结果，我们发现，Thread-0启动并获取到“读取锁”，在它还没运行完毕的时候，Thread-2也启动了并且也成功获取到“读取锁”。
因此，“读取锁”支持被多个线程同时获取。
(02) 观察Thread-1,Thread-3,Thread-5这三个“写入锁”的线程。“写入锁”不支持被多个线程同时获取。
(03) 观察Thread-3,Thread-4,Thread-5这三个“写入锁”的线程，读写互斥，只要“写入锁”被某线程获取，则该线程运行完毕了，才释放该锁。
简单来说： “读-读”不互斥，”读-写”互斥，”写-写”互斥
可能令人比较好奇的是，为什么readLock，writeLock两个不同的对象，为什么他们之间是互斥的呢？
原因很简单：
因为readLock，writeLock的构造方法都要传入ReentrantReadWriteLock中的Sysn锁，Sysn锁也是ReentrantReadWriteLock的组件，是唯一的。
