实现读写锁（也称为共享-独占锁）的基本思路是允许多个读线程同时访问资源，但在写线程访问资源时，需要独占访问权限。因此，读写锁可以提高并发性，特别是在读操作频繁且写操作较少的场景中。以下是一个简单的读写锁的实现思路：
基本结构
- 读计数器（
readers）：用于跟踪当前有多少个读线程正在访问资源。 - 写标志（
writer）：用于指示是否有写线程正在访问资源。 - 互斥锁（
mutex）：保护对计数器和标志的访问。 - 条件变量（
readPhase和writePhase）：用于协调读线程和写线程的等待与唤醒。
实现读写锁的优先级主要有两种策略：读优先和写优先。这两种策略分别通过调整线程的等待和唤醒顺序来实现对读线程或写线程的优先处理。
1. 读优先
在读优先策略下，写线程只能在没有读线程的情况下获得写锁。这可能会导致写线程长时间等待，尤其是在读操作非常频繁的情况下。以下是读优先策略的实现。
2. 写优先
在写优先策略下，一旦有写线程请求写锁，所有后续的读线程都会被阻塞，直到该写线程完成。这种策略可以防止写线程因不断的读操作而饿死，但会延迟读操作的响应时间。
关键点解释
- 读优先：通过在
readLock中检查writersWaiting，确保如果有等待的写线程，新的读线程会被阻塞。 - 写优先：通过在
writeLock中增加writersWaiting的计数，确保一旦有写线程请求写锁，后续的读线程都会被阻塞，直到写线程完成。
既然这两种策略都会导致某种类型的线程饥饿，那么它们并不能直接解决饥饿问题。相反，它们是不同的调度策略，旨在优化某些场景下的性能。例如：
- 读优先在读操作占主导的场景下可以提高系统的并发性。
- 写优先在需要确保写操作及时完成的场景下是合适的选择。
解决饥饿问题的策略
要真正解决饥饿问题，通常需要引入更复杂的机制，如：
- 公平锁：通过队列方式按顺序处理请求，避免任何一方线程被长时间饿死。
- 超时机制：让锁持有超过一定时间的线程放弃锁，从而给其他线程机会。
- 自适应策略：动态调整优先级，防止某一方长期占用锁。
读写锁（Read-Write Lock）是一种特殊的同步机制，旨在优化对共享资源的访问。当多个线程需要同时读取共享数据时，读写锁允许多个线程并行读取，但在写操作时，读写锁会阻止其他线程的读和写操作，从而保证写操作的独占性。这种锁的设计可以提高并发性能，特别是在读操作远多于写操作的情况下。
1. 读写锁的原理
读写锁允许两个不同类型的访问：
- 读锁（共享锁）：允许多个线程同时读取共享数据，只要没有线程持有写锁。
- 写锁（独占锁）：只允许一个线程对共享数据进行写操作，同时阻止其他线程的读操作和写操作。
基本操作：
- 获取读锁：如果没有线程持有写锁，则可以获取读锁。获取读锁不会阻塞其他读锁的获取。
- 获取写锁：如果没有任何线程持有读锁或写锁，则可以获取写锁。获取写锁会阻塞所有其他读锁和写锁的获取。
- 释放读锁：释放一个读锁，其他线程仍然可以获取读锁，但如果是最后一个读锁被释放，则可能会允许写锁的获取。
- 释放写锁：释放一个写锁，其他线程可以获取读锁或写锁。
2. 应用场景
读写锁适用于以下场景：
- 读操作远多于写操作：当系统中的读操作远多于写操作时，读写锁能够有效提升性能，因为它允许多个线程并行读取数据，而只在写操作时进行排他性控制。
- 高并发读场景：在需要处理大量并发读请求的应用程序中，例如缓存系统、配置数据等，读写锁可以显著减少线程间的竞争，提高系统的吞吐量。
- 数据读取频繁但更新较少的场景：例如，日志文件的读取操作远多于日志文件的写入操作。
3. 读写锁的优缺点
优点：
- 提高并发性能：在读操作占据大部分时间的情况下，读写锁允许多个线程并行读取，从而提高了系统的整体性能。
- 减少竞争：写操作较少时，多个读操作可以同时进行，减少了线程竞争和上下文切换的开销。
缺点：
- 写操作延迟：如果有大量的读操作持续进行，写操作可能会被延迟，这可能会导致写操作的响应时间增加。
- 复杂性：读写锁的实现比简单的互斥锁复杂，可能会引入额外的开销，特别是在锁争用和死锁方面。
- 读锁和写锁的优先级问题：在某些实现中，如果写锁请求的线程受到读锁的持续阻塞，可能会导致所谓的读者饥饿，即读操作过于频繁会导致写操作无法获得锁。
4. 读写锁的实现
读写锁的实现可以基于不同的数据结构，以下是常见的实现方式：
- 自旋锁：用于实现轻量级的读写锁，适用于锁争用较少的场景。它会在获取锁失败时持续尝试获取，通常适用于短时间的锁持有。
- 条件变量：在较复杂的实现中，读写锁可能会使用条件变量来管理线程的等待和唤醒。
- 系统级支持：许多现代操作系统和线程库提供了对读写锁的原生支持，如C++11标准库中的
std::shared_mutex。
5. 总结
- 读写锁提供了比传统互斥锁更高效的方式来管理对共享资源的并发访问，特别是当读操作远多于写操作时。
- 应用场景：适用于读操作远多于写操作的场景，如缓存系统、配置数据读取等。
- 优缺点：读写锁能够提高并发性能，但也带来了写操作延迟和实现复杂度的问题。合理使用读写锁可以有效提升系统性能，但需要注意避免引入新的问题，如读者饥饿。