图文梳理ReentrantReadWriteLock内部原理

ReentrantReadWriteLock，可重入的读写锁，位于java.util.concurrent包下，相比于ReentrantLock属于排他锁，ReentrantReadWriteLock内部分别维护了一个读锁和一个写锁，在对共享资源的使用时，允许多个读线程共享资源，但不允许读和写线程同时访问资源，在多读的并发操作中，其性能远优于ReentrantLock。

ReentrantReadWriteLock的使用很简单，下面是一个很简单的例子：

class Aoo{
	private int count;
	private ReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
	public void printCount(){
		rwl.readLock().lock();
		try {
			if(count==10) {
				System.out.println("count="+count);
			}
		}finally {
			rwl.readLock().unlock();
		}
	}
	
	public void addCount(){
		rwl.writeLock().lock();
		try {
			count++;
		} finally {
			rwl.writeLock().unlock();
		}
	}
}

ReentrantReadWriteLock定义了很多内部类，其结构大致如下图所示：

其中WriteLock和ReadLock就是ReentrantReadWriteLock维护的写锁和读锁类，基于锁的调用都是通过Sync类完成，而Sync有两个子类分别是NonfairSync非公平锁方式和FairSync公平锁方式，而Sync继承自AbstractQueuedSynchronizer，简称AQS，AQS是锁框架中很重要的一个类，提供了一套同步竞争策略，其维护了一个FIFO队列，队列的中的每个成员就是其内部类Node的一个实例，每个Node实例封装了一个参与竞争排队的线程，并且维护了节点的状态信息。

AbstractQueuedSynchronizer的队列模型如下图所示：

下图模拟ReentrantReadWriteLock锁竞争时队列模型的简单演变过程：

上图大概就是线程等待和重新获取锁的队列演变过程，当然，实际程序中会比这个复杂得多。

AQS中除了了Node节点用来保存竞争线程信息外，还有一个重要变量是state，这是一个int型变量，用来保存同步状态，更新state使用的是cas原子算法，每获取一次锁，state值加1，释放一次锁state减1，对于排他锁来说，state的值表示了线程对锁的重入次数，JUC下的排他锁ReentrantLock就是直接使用的AQS的state。

对于ReentrantReadWriteLock来说，由于它分别维护了读锁和写锁，如果同ReentrantLock一样使用state，那么就无法分别区分读锁状态和写锁状态，所以对于state的使用，ReentrantReadWriteLock会有一套自己的规则。

ReentrantReadWriteLock中用state变量的高16位表示读锁状态，低16位表示写锁状态，具体使用规则如下：

我们知道int类型有32位，我们用二进制表示为：

00000000 00000000 00000000 00000000

如果有一个读锁，那么state的值变为：

00000000 00000001 00000000 00000000

两个读锁，state变为：

00000000 00000010 00000000 00000000

依此类推，读锁最大拥有数：

11111111 11111111 00000000 00000000

计算读锁当前数量时，会将state无符号右移16位，即 state >>> 16 :

00000000 00000000 11111111 11111111  这就是真实读锁个数

写锁拥有低16位，那么一个写锁：

00000000 00000000 00000000 00000001

两个写锁：

00000000 00000000 00000000 00000010

依此类推，写锁最大拥有数

00000000 00000000 11111111 11111111

这个就不需要移位操作了，转化为十进制就是实际的锁拥有数，我们看出，无论读锁，还是写锁，最后最多都是2^16-1=65535个

接下来我们看看当我们使用ReentrantReadWriteLock的lock和unlock时发生的逻辑，这里不会直接讲源代码，代码太多，不适合一一贴出来锁，还是用图的方式展现给大家。

a、reentrantReadWriteLock.readLock().lock()

b、reentrantReadWriteLock.readLock().unlock()

c、reentrantReadWriteLock.writeLock().lock()

d、reentrantReadWriteLock.writeLock().unlock()