java多线程设计模式(3)读写锁模式
1 Read-Write Lock Pattern
Read-Write Lock Pattern是一种将对于共享资源的访问与修改操作分离，称为读写分离。即访问是reader，修改是write，用单独的线程来处理。可以允许多个reader，但是不允许同时多个写入或者在读的过程中有写入。
由于对于实例状态的读取，并不会破坏状态的完整性且状态也不会修改，可以允许多个线程同时访问操作。但是若在写入的过程中，会更改实例的状态，此时就需要对于写入做保护，防止其他线程来进行读操作和写操作。
在多个线程共享一个实例的时候，会有参考实例状态的线程即仅仅读取实例状态的Reader参与者，并且也会有改变实例的状态的线程即Writer参与者，此时就需要运用这种模式。
这种模式在读取不会冲突下，允许多个Reader参与者同时reader，提高了性能。不用单纯的在每次读的时候利用Synchronized来使得只能允许一个线程读操作，而是利用了外部定义的逻辑锁来设置允许多个Reader同时操作。在读取的操作比写入的操作多的时候，也可以使用这个模式。
在这个模式中，主要有四个参与者，分别为：
1 Reader参与者。Reader参与者会对SharedResource参与者进行read。
2 Writer参与者。Writer参与者会对SharedResource参与者进行write。
3 SharedResource参与者。这个是Reader参与者与Writer参与者共享的资源。里面包含了提供不会改变内部状态的操作read，与会改变内部状态的操作write。注意对于这个参与者，不需要在进行read与write的方法加上synchronized。
在对于SharedResource参与者进行read和write操作时候，利用Before/After Pattern实现。
前置处理(获取锁定)
try{
实际操作
}finally{
后续处理(释放锁)}
利用finally可以保证无论发生什么情况，都会释放锁，也不能把前置处理放置在try中，如果放置在里面，则finally就一定会执行，当前置处理发生异常，就不应该进而执行finally。
4 ReadWriteLock参与者。提供了对于SharedResource参与者进行read和write时需要的锁，就是用户自定义的锁机制。包括readLock和readUnLock锁，writeLock和writeUnLock，注意必须要对这些操作进行同步处理，放置多个线程同时调用这些方法，在每个方法中必须加上synchronized。
实例：
有多个读者和多个写者共同操作一本书，只允许同时多个读者读取书，只允许同时一个写者写这本书，不允许同时读者与写者同时操作这本书籍。
SharedResource参与者。
在每次读写操作之间和之后都要获取锁与释放锁，不需要synchronized
package whut.readwritelock; public class Data { private final char[] buffer; private final ReadWriteLock lock=new ReadWriteLock(); public Data(int size) { this.buffer=new char[size]; for(int i=0;i<buffer.length;i++) buffer[i]=‘*‘; } public char[] read()throws InterruptedException { lock.readLock(); try{ return doRead(); }finally{ lock.readUnlock(); } } private char[] doRead() { char[] newbuf=new char[buffer.length]; for(int i=0;i<buffer.length;i++) newbuf[i]=buffer[i]; slowly(); return newbuf; } public void write(char c)throws InterruptedException { lock.writeLock(); try{ doWrite(c); }finally{ lock.writeUnlock(); } } private void doWrite(char c) { for(int i=0;i<buffer.length;i++) { buffer[i]=c; slowly(); //这里的sleep并不会切换到别的线程 //这里就是体现了使用while的好处 //当该线程sleep时候，其余等待读取的还在wait中，而要写入的线程会判断它的状态，还没有释放锁 } } private void slowly() { try{ Thread.sleep(50); }catch(InterruptedException e) { } } }
读者线程Reader
package whut.readwritelock; public class ReaderThread extends Thread{ private final Data data; public ReaderThread(Data data) { this.data=data; } public void run() { try{ while(true) { char[] readbuf=data.read(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" reads "+String.valueOf(readbuf)); } }catch(InterruptedException e) { } } }
写者线程Writer
package whut.readwritelock; import java.util.Random; public class WriterThread extends Thread{ private static final Random random=new Random(); private final Data data; private final String filler; private int index=0; public WriterThread(Data data,String filler) { this.data=data; this.filler=filler; } public void run() { try{ while(true) { char c=nextChar(); data.write(c); Thread.sleep(random.nextInt(1000)); } }catch(InterruptedException e) { } } private char nextChar() { char c=filler.charAt(index); index++; if(index>=filler.length()) index=0; return c; } }
WriteReadLock类
主要就是利用自定义锁机制来控制读写操作。设置读写时的警戒条件，利用Guarded Suspension Pattern来处理。
设置有四个字段：
readingReaders表示实例当前被读取的线程数目。是readLock之后与readUnlock之间的数。作为写入操作的警戒条件之一。
writingReaders表示实例当被写操作的线程数目，只能是0或者1，它是作为写入操作和读取操作的警戒条件。
waitingReaders表示多少个处于等待写入的线程数目。当ReaderThread比WriterThread多的时候，由于在要进行写入操作过程中，如果有读取操作，则会一直等待，但是读取操作没有设置为互斥，则他们会一个个的执行读操作，致使写入操作无法进行。设置这个字段状态目的就是为了使得ReaderThread在警戒条件判断中当waitingReaders大于0的时候，该ReaderThread能wait，能让出控制权给WriterThread。
preferWriter表示true为写优先，表示false为读优先。虽然读取能让出控制权给写入操作，可是当写入操作拥有了控制权后，则可能使得读取操作无法执行。此时就需要这个preferWriter字段，这个就是目的使得ReaderThread和WriterThread能够轮流执行的。
当读操作完后，设置为true以使得写入操作有可能获得执行，不过写入操作必须在满足preferWriter为true以及有等待写入的操作下才能真正的写入。当写入操作完毕后，设置该字段为false使得读操作能够执行。
总结：
读取操作等待的警戒条件是：当前写入线程大于0，或者preferWriter为true且有等待写入的线程
写入操作等待的警戒条件是：当前写入线程大于0，或者当前读取线程大于0
package whut.readwritelock; //关键部分 public class ReadWriteLock { private int readingReaders=0;//实际正在读取的线程数目 private int waitingWriters=0;//正在等待写入的线程数目 private int writingWriters=0;//实际正在写入的线程数目 private boolean preferWriter=true;//写入优先的话，值为true //读取的时候获取锁 public synchronized void readLock()throws InterruptedException { //当有写入的时候，或者写入为优先级并且有等待的写入线程 while(writingWriters>0||(preferWriter&&waitingWriters>0)) { wait(); } readingReaders++; } //读完毕后释放锁 public synchronized void readUnlock()throws InterruptedException { readingReaders--; preferWriter=true; notifyAll(); } //写入的时候获取锁 public synchronized void writeLock()throws InterruptedException { waitingWriters++;//正在等待的写入的线程数目 try{ //有写入或者读入的时候 while(readingReaders>0||writingWriters>0) { wait(); } }finally{ waitingWriters--;//被唤醒了，则就是进而真正写入 } writingWriters++; } //写入毕后释放锁 public synchronized void writeUnlock()throws InterruptedException { writingWriters--; preferWriter=false;//写入后马上更换优先级，让读者继续 notifyAll(); } }
测试类：
package whut.readwritelock; public class ReadWriteMain { public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub Data data=new Data(10); //读取线程 new ReaderThread(data).start(); new ReaderThread(data).start(); new ReaderThread(data).start(); new ReaderThread(data).start(); new ReaderThread(data).start(); new ReaderThread(data).start(); //写入线程 new WriterThread(data,"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ").start(); new WriterThread(data,"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz").start(); } }
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