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读写锁

GGBOND2025/10/19大约 4 分钟基本概念多线程

一、什么是读写锁

读写锁（Read-Write Lock）是一种比普通互斥锁（Mutex）更细粒度的并发控制机制。它允许多个线程 同时读取共享资源，但在有线程执行写操作时，会 独占锁，阻塞其他读写线程。

读写锁通常包含两种状态：

  1. 读锁（共享锁，Read Lock）：多个线程可以同时获取读锁，前提是没有线程持有写锁。
  2. 写锁（独占锁，Write Lock）：当线程持有写锁时，其他线程无法再获取任何锁（无论是读锁还是写锁）。

二、为什么需要读写锁

在许多应用中，读操作的频率远高于写操作。如果仅使用普通的互斥锁（synchronized 或 ReentrantLock），即使是多个读取操作，也必须串行执行，这会造成性能浪费。

而读写锁通过区分“读”和“写”两种访问方式，让系统在读多写少的场景下获得更高的并发性能：

  • 多个读线程可以 并发读取 数据；
  • 写操作仍保持独占，防止并发写入造成数据不一致。

常见的使用场景包括：配置中心、缓存系统、搜索引擎索引加载等 读多写少 的高并发系统。

三、读写锁如何解决并发问题

  1. 读多写少优化：多个线程可以同时获取读锁，显著提升系统吞吐量。
  2. 写操作独占：在写操作执行期间，禁止其他读写线程访问资源，保证数据一致性。
  3. 策略可控：读写锁可设置为“读优先”或“写优先”，从而在性能与公平性之间做平衡。

四、读写锁下写锁的获取逻辑

当当前存在读锁时，如果有线程尝试获取写锁，会出现以下情况：

  1. 写锁会被 阻塞等待，直到所有读锁都被释放。
  2. 一旦读锁全部释放，写锁才能成功获取并执行写操作。
  3. 写操作完成后，其他线程才能重新获取读锁或写锁。

举个例子：

时间操作锁状态说明
T1ThreadA 获取读锁读锁数 = 1✅ 允许
T2ThreadB 获取读锁读锁数 = 2✅ 允许
T3ThreadC 尝试获取写锁等待中❌ 阻塞直到所有读锁释放
T4ThreadA、B 释放读锁读锁数 = 0✅ ThreadC 获得写锁

也就是说，写锁的获取必须等待读锁全部释放后才能成功。

这种设计保证了写操作的 独占性与一致性，防止写线程在其他线程读取时修改数据，导致数据不稳定或部分可见。

五、写锁饥饿问题与公平模式

在默认（非公平）模式下，系统更倾向于优先满足新的读请求，从而提升整体读性能。
但如果读操作持续不断，写线程可能长期被阻塞，形成 写锁饥饿（Write Starvation） 问题。

Java 的 ReentrantReadWriteLock 提供了 公平模式 来解决该问题：

ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(true);
  • true 表示公平锁：读写锁会按照请求顺序获取，防止写线程被读线程长期“压制”。
  • false（默认）为非公平锁：提升读性能，但存在写锁饥饿风险。

六、Java 中的实现示例

Java 提供了 ReentrantReadWriteLock 类来支持可重入读写锁机制：

ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
Lock readLock = rwLock.readLock();
Lock writeLock = rwLock.writeLock();

// 读操作
readLock.lock();
try {
    // 执行读取逻辑
} finally {
    readLock.unlock();
}

// 写操作
writeLock.lock();
try {
    // 执行写入逻辑
} finally {
    writeLock.unlock();
}

特点：

  • 读锁可被多个线程同时持有。
  • 写锁获取时会阻塞所有的读线程和写线程。
  • 写操作期间的锁持有具有完全独占性。

七、总结

读写锁通过将锁粒度细化为“读锁”和“写锁”，在保证数据一致性的同时，大幅提升系统的并发性能：

  • 读操作共享，多个线程可同时访问数据。
  • 写操作独占，防止数据不一致。
  • 写锁会等待所有读锁释放后再执行，确保写入安全。
  • 可选择 公平模式 以避免写锁饥饿。

在“读多写少”的并发场景下，读写锁是实现高性能、线程安全访问的首选机制。

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