一. ReentrantReadWriteLock讀寫鎖
Lock 是相當於 synchronized 更物件導向的同步方式，ReentrantLock 是 Lock 的實現。
本文要介紹的 ReentrantReadWriteLock 跟 ReentrantLock 並沒有直接的關係，因為它們之間沒有繼承和實現的關係。
但是 ReentrantReadWriteLock 擁有讀鎖(ReadLock)和寫鎖(WriteLock)，它們分別都實現了 Lock。
/** Inner class providing readlock */
private final ReentrantReadWriteLock.ReadLock readerLock;
/** Inner class providing writelock */
private final ReentrantReadWriteLock.WriteLock writerLock;
複製程式碼ReentrantReadWriteLock 在使用讀鎖時，其他執行緒可以進行讀操作，但不可進行寫操作。ReentrantReadWriteLock 在使用寫鎖時，其他執行緒讀、寫操作都不可以。ReentrantReadWriteLock 能夠兼顧資料操作的原子性和讀寫的效能。
1.1 公平鎖和非公平鎖
從 ReentrantReadWriteLock 的建構函式中可以看出，它預設使用了非公平鎖。
/**
* 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);
}
複製程式碼在 Java 中所謂公平鎖是指，每個執行緒在獲取鎖時，會先檢視此鎖維護的等待佇列，如果為佇列空或者當前執行緒執行緒是等待佇列的第一個，則佔有鎖。否則就會加入到等待佇列中，以後按照 FIFO 的順序從佇列中取出。
非公平鎖在獲取鎖時，不會遵循 FIFO 的順序，而是直接嘗試獲取鎖。如果獲取不到鎖，則像公平鎖一樣自動加入到佇列的隊尾等待。
非公平鎖的效能要高於公平鎖。
1.2 讀鎖
讀鎖是一個共享鎖。讀鎖是 ReentrantReadWriteLock 的內部靜態類，它的 lock()、trylock()、unlock() 都是委託 Sync 類實現。
Sync 是真正實現讀寫鎖功能的類，它繼承自 AbstractQueuedSynchronizer 。
1.3 寫鎖
寫鎖是一個排他鎖。寫鎖也是 ReentrantReadWriteLock 的內部靜態類，它的 lock()、trylock()、unlock() 也都是委託 Sync 類實現。寫鎖的程式碼類似於讀鎖，但是在同一時刻寫鎖是不能被多個執行緒所獲取，它是獨佔式鎖。
寫鎖可以降級成讀鎖，下面會介紹鎖降級。
1.4 鎖降級
鎖降級是指先獲取寫鎖，再獲取讀鎖，然後再釋放寫鎖的過程 。鎖降級是為了保證資料的可見性。鎖降級是 ReentrantReadWriteLock 重要特性之一。
值得注意的是，ReentrantReadWriteLock 並不能實現鎖升級。
二. RxCache 中使用讀寫鎖
RxCache 是一款支援 Java 和 Android 的 Local Cache 。目前，支援堆記憶體、堆外記憶體(off-heap memory)、磁碟快取。
github地址：github.com/fengzhizi71…
RxCache 的 CacheRepository 類實現了快取操作的類，它使用了 ReentrantReadWriteLock 用於保證快取在讀寫時避免出現多執行緒的併發問題。
首先，建立一個讀寫鎖，並獲得讀鎖、寫鎖的例項。
class CacheRepository {
private Memory memory;
private Persistence persistence;
private final ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
private final Lock readLock = lock.readLock();
private final Lock writeLock = lock.writeLock();
......
}
複製程式碼在快取的讀操作時，使用讀鎖。
boolean containsKey(String key) {
readLock.lock();
try {
if (Preconditions.isBlank(key)) return false;
return (memory != null && memory.containsKey(key)) || (persistence != null && persistence.containsKey(key));
} finally {
readLock.unlock();
}
}
複製程式碼在快取的寫操作時，使用寫鎖。
void remove(String key) {
writeLock.lock();
try {
if (Preconditions.isNotBlank(key)) {
if (memory != null) {
memory.evict(key);
}
if (persistence != null) {
persistence.evict(key);
}
}
} finally {
writeLock.unlock();
}
}
複製程式碼對於某一個方法，如果在讀操作做完之後要進行寫操作，則需要先釋放讀鎖，再獲取寫鎖（否則會死鎖）。寫操作之後，還需要進行讀操作的話，可以使用鎖降級。
<T> Record<T> get(String key, Type type, CacheStrategy cacheStrategy) {
readLock.lock();
try {
Record<T> record = null;
if (Preconditions.isNotBlanks(key, type)) {
switch (cacheStrategy) {
case MEMORY: {
if (memory!=null) {
record = memory.getIfPresent(key);
}
break;
}
case PERSISTENCE: {
if (persistence!=null) {
record = persistence.retrieve(key, type);
}
break;
}
case ALL: {
if (memory != null) {
record = memory.getIfPresent(key);
}
if (record == null && persistence != null) {
record = persistence.retrieve(key, type);
if (memory!=null && record!=null && !record.isExpired()) { // 如果 memory 不為空，record 不為空，並且沒有過期
readLock.unlock(); // 先釋放讀鎖
writeLock.lock(); // 再獲取寫鎖
try {
if (record.isNeverExpire()) { // record永不過期的話，直接儲存不需要計算ttl
memory.put(record.getKey(),record.getData());
} else {
long ttl = record.getExpireTime()- (System.currentTimeMillis() - record.getCreateTime());
memory.put(record.getKey(),record.getData(), ttl);
}
readLock.lock(); // 寫鎖在沒有釋放之前，獲得讀鎖 (鎖降級)
} finally {
writeLock.unlock(); // 釋放寫鎖
}
}
}
break;
}
}
}
return record;
} finally {
readLock.unlock();
}
}
複製程式碼三. 總結
ReentrantReadWriteLock 讀寫鎖適用於讀多寫少的場景，以提高系統的併發性。因此，RxCache 使用讀寫鎖來實現快取的操作。
RxCache 系列的相關文章：
- 堆外記憶體及其在 RxCache 中的使用
- Retrofit 風格的 RxCache及其多種快取替換演算法
- RxCache 整合 Android 的持久層框架 greenDAO、Room
- 給 Java 和 Android 構建一個簡單的響應式Local Cache
Java與Android技術棧：每週更新推送原創技術文章，歡迎掃描下方的公眾號二維碼並關注，期待與您的共同成長和進步。
