5.3 重入锁
重入锁（ReentrantLock）就是支持重进入的锁，它表示该锁能够支持一个线程对资源的重复加锁。
5.3.1 实现重进入
- 线程再次获取锁：锁需要去识别获取锁的线程是否为当前占据锁的线程，如果是，则再次成功获取。
- 锁的最终释放：线程重复N次获取锁，随后需要第N次释放锁后，才算释放，这期间需要维护一个计数器。
5.3.2 公平与非公平获取锁的区别
公平锁保证了锁的获取按照FIFO的原则，而代价是进行大量的线程切换。非公平性锁虽然造成线程“饥饿”，但极少的线程切换，保证了其更大的吞吐量。
5.4 读写锁
读写锁允许在同一个时刻多个线程同时访问。
J.U.C中提供读写锁的实现是ReentrantReadWriteLock，它的特性如下：
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 公平性选择 | 支持非公平（默认）和公平的锁获取方式，吞吐量还是非公平优于公平 |
| 重进入 | 支持重进入 |
| 锁降级 | 遵循获取写锁、获取读锁再获取写锁的次序，写锁可以降级成为读锁 |
5.4.1 读写锁的接口与示例
public class Cache {
static Map<String, Object> map = new HashMap<>();
static ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
static Lock r = rwl.readLock();
static Lock w = rwl.writeLock();
//获取一个key对应的value
public static final Object get(String key){
r.lock();
try {
return map.get(key);
} finally {
r.unlock();
}
}
//设置key对应的value,并返回旧的value
public static final Object put(String key,Object value){
w.lock();
try {
return map.put(key, value);
} finally {
w.unlock();
}
}
//清空所有的内容
public static final void clear(){
w.lock();
try {
map.clear();
} finally {
w.unlock();
}
}
}
上述示例中，Cache组合一个非线程安全的hashMap作为缓存的实现，同时使用读写锁的读锁和写锁来保证Cache是线程安全的。
在读操作get(String key)方法中，需要获取读锁，这使得并发访问该方法时不会被阻塞。
写操作put(String key,Object value)方法和clear()方法，在更新HashMap时必须提前获取写锁，当获取写锁后，其他线程对于读锁和写锁的获取均被阻塞，而只有写锁被释放后，其他读操作才可以继续。
5.4.2 读写锁的实现分析
- 读写状态的设计
读写锁的自定义同步器需要在同步状态（一个整型变量）上维护多个读线程和一个写线程的状态
在一个整型变量上维护多种状态，需要“按位切割使用”，高16位表示读，低16位表示写。
读写锁是如何迅速确定读和写各自的状态？通过位运算。
假设当前同步状态值为S,写状态等于 S & 0x0000FFFF(将高16位全部抹去)，读状态等于S>>>16(无符号补0右移16位)。
当写状态增加1时，等于S+1,当读状态增加1时，等于S+(1<<16),也就是S+0x00010000
推论：S不等于0时，当写状态（S & 0x0000FFFF）等于0时，则读状态（S >>>16）大于0，即读锁已被获取。
- 写锁的获取与释放
写锁是一个支持重进入的排它锁。如果当前线程已经获取了写锁，则增加写状态。如果当前线程在获取写锁时，读锁已经被获取（读状态不为0）或者线程不是已经获取写锁的线程，则当前线程进入等待状态。 - 读锁的获取与释放
读锁是一个支持重进入的共享锁。 锁降级
锁降级指的是写锁降级成为读锁。锁降级指的是把持住（当前拥有的）写锁，再获取到读锁，随后释放先前拥有的写锁的过程。
示例：数据不变化时，多个线程可以并发的进行数据处理，当数据变化时，如果当前线程感知了数据变化，则进行数据的准备工作，同时其他处理线程被阻塞，直到当前线程完成数据的准备工作。public void processData(){ readLock.lock(); if(!update){ //先释放读锁 readLock.unlock(); // 再获取写锁，视为降级开始 writeLock.lock(); try { if(!update){ // 准备数据的流程（略） update = true; } readLock.lock(); } finally { writeLock.unlock(); } // 锁降级完成，写锁降级为读锁 } try { //使用数据的流程（略） } finally { readLock.unlock(); } }
update的变量用volatile修饰，保证线程可见。