问题
（1）读写锁是什么？
（2）读写锁具有哪些特性？
（3）ReentrantReadWriteLock是怎么实现读写锁的？
（4）如何使用ReentrantReadWriteLock实现高效安全的TreeMap？
简介
读写锁是一种特殊的锁，它把对共享资源的访问分为读访问和写访问，多个线程可以同时对共享资源进行读访问，但是同一时间只能有一个线程对共享资源进行写访问，使用读写锁可以极大地提高并发量。
特性
读写锁具有以下特性：
是否互斥 | 读 | 写 |
|---|---|---|
读 | 否 | 是 |
写 | 是 | 是 |
可以看到，读写锁除了读读不互斥，读写、写读、写写都是互斥的。
那么，ReentrantReadWriteLock是怎么实现读写锁的呢？
类结构
在看源码之前，我们还是先来看一下ReentrantReadWriteLock这个类的主要结构。
ReentrantReadWriteLock中的类分成三个部分：
（1）ReentrantReadWriteLock本身实现了ReadWriteLock接口，这个接口只提供了两个方法 readLock()和 writeLock（）；
（2）同步器，包含一个继承了AQS的Sync内部类，以及其两个子类FairSync和NonfairSync；
（3）ReadLock和WriteLock两个内部类实现了Lock接口，它们具有锁的一些特性。
源码分析
主要属性
代码语言：javascript复制// 读锁private final ReentrantReadWriteLock.ReadLock readerLock;// 写锁private final ReentrantReadWriteLock.WriteLock writerLock;// 同步器final Sync sync;维护了读锁、写锁和同步器。
主要构造方法
代码语言：javascript复制// 默认构造方法public ReentrantReadWriteLock() { this(false);}// 是否使用公平锁的构造方法public ReentrantReadWriteLock(boolean fair) { sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync(); readerLock = new ReadLock(this); writerLock = new WriteLock(this);}它提供了两个构造方法，默认构造方法使用的是非公平锁模式，在构造方法中初始化了读锁和写锁。
获取读锁和写锁的方法
代码语言：javascript复制public ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock() { return writerLock; }public ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock() { return readerLock; }属性中的读锁和写锁是私有属性，通过这两个方法暴露出去。
下面我们主要分析读锁和写锁的加锁、解锁方法，且都是基于非公平模式的。
ReadLock.lock()
代码语言：javascript复制// ReentrantReadWriteLock.ReadLock.lock()public void lock() { sync.acquireShared(1);}// AbstractQueuedSynchronizer.acquireShared()public final void acquireShared(int arg) { // 尝试获取共享锁（返回1表示成功，返回-1表示失败） if (tryAcquireShared(arg) < 0) // 失败了就可能要排队 doAcquireShared(arg);}// ReentrantReadWriteLock.Sync.tryAcquireShared()protected final int tryAcquireShared(int unused) { Thread current = Thread.currentThread(); // 状态变量的值 // 在读写锁模式下，高16位存储的是共享锁（读锁）被获取的次数，低16位存储的是互斥锁（写锁）被获取的次数 int c = getState(); // 互斥锁的次数 // 如果其它线程获得了写锁，直接返回-1 if (exclusiveCount(c) != 0 && getExclusiveOwnerThread() != current) return -1; // 读锁被获取的次数 int r = sharedCount(c);
// 下面说明此时还没有写锁，尝试去更新state的值获取读锁 // 读者是否需要排队（是否是公平模式） if (!readerShouldBlock() && r < MAX_COUNT && compareAndSetState(c, c SHARED_UNIT)) { // 获取读锁成功 if (r == 0) { // 如果之前还没有线程获取读锁 // 记录第一个读者为当前线程 firstReader = current; // 第一个读者重入的次数为1 firstReaderHoldCount = 1; } else if (firstReader == current) { // 如果有线程获取了读锁且是当前线程是第一个读者 // 则把其重入次数加1 firstReaderHoldCount ; } else { // 如果有线程获取了读锁且当前线程不是第一个读者 // 则从缓存中获取重入次数保存器 HoldCounter rh = cachedHoldCounter; // 如果缓存不属性当前线程 // 再从ThreadLocal中获取 // readHolds本身是一个ThreadLocal，里面存储的是HoldCounter if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) // get()的时候会初始化rh cachedHoldCounter = rh = readHolds.get(); else if (rh.count == 0) // 如果rh的次数为0，把它放到ThreadLocal中去 readHolds.set(rh); // 重入的次数加1（初始次数为0） rh.count ; } // 获取读锁成功，返回1 return 1; } // 通过这个方法再去尝试获取读锁（如果之前其它线程获取了写锁，一样返回-1表示失败） return fullTryAcquireShared(current);}// AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireShared()private void doAcquireShared(int arg) { // 进入AQS的队列中 final Node node = addWaiter(Node.SHARED); boolean failed = true; try { boolean interrupted = false; for (;;) { // 当前节点的前一个节点 final Node p = node.predecessor(); // 如果前一个节点是头节点（说明是第一个排队的节点） if (p == head) { // 再次尝试获取读锁 int r = tryAcquireShared(arg); // 如果成功了 if (r >= 0) { // 头节点后移并传播 // 传播即唤醒后面连续的读节点 setHeadAndPropagate(node, r); p.next = null; // help GC if (interrupted) selfInterrupt(); failed = false; return; } } // 没获取到读锁，阻塞并等待被唤醒 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { if (failed) cancelAcquire(node); }}// AbstractQueuedSynchronizer.setHeadAndPropagate()private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) { // h为旧的头节点 Node h = head; // 设置当前节点为新头节点 setHead(node);
// 如果旧的头节点或新的头节点为空或者其等待状态小于0（表示状态为SIGNAL/PROPAGATE） if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 || (h = head) == null || h.waitStatus < 0) { // 需要传播 // 取下一个节点 Node s = node.next; // 如果下一个节点为空，或者是需要获取读锁的节点 if (s == null || s.isShared()) // 唤醒下一个节点 doReleaseShared(); }}// AbstractQueuedSynchronizer.doReleaseShared()// 这个方法只会唤醒一个节点private void doReleaseShared() { for (;;) { Node h = head; if (h != null && h != tail) { int ws = h.waitStatus; // 如果头节点状态为SIGNAL，说明要唤醒下一个节点 if (ws == Node.SIGNAL) { if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) continue; // loop to recheck cases // 唤醒下一个节点 unparkSuccessor(h); } else if (ws == 0 && // 把头节点的状态改为PROPAGATE成功才会跳到下面的if !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) continue; // loop on failed CAS } // 如果唤醒后head没变，则跳出循环 if (h == head) // loop if head changed break; }}看完【死磕 java同步系列之ReentrantLock源码解析（一）——公平锁、非公平锁】的分析再看这章的内容应该会比较简单，中间一样的方法我们这里直接跳过了。
我们来看看大致的逻辑：
（1）先尝试获取读锁；
（2）如果成功了直接结束；
（3）如果失败了，进入doAcquireShared()方法；
（4）doAcquireShared()方法中首先会生成一个新节点并进入AQS队列中；
（5）如果头节点正好是当前节点的上一个节点，再次尝试获取锁；
（6）如果成功了，则设置头节点为新节点，并传播；
（7）传播即唤醒下一个读节点（如果下一个节点是读节点的话）；
（8）如果头节点不是当前节点的上一个节点或者（5）失败，则阻塞当前线程等待被唤醒；
（9）唤醒之后继续走（5）的逻辑；
在整个逻辑中是在哪里连续唤醒读节点的呢？
答案是在doAcquireShared()方法中，在这里一个节点A获取了读锁后，会唤醒下一个读节点B，这时候B也会获取读锁，然后B继续唤醒C，依次往复，也就是说这里的节点是一个唤醒一个这样的形式，而不是一个节点获取了读锁后一次性唤醒后面所有的读节点。
ReadLock.unlock()
代码语言：javascript复制// java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock.ReadLock.unlockpublic void unlock() { sync.releaseShared(1);}// java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.releaseSharedpublic final boolean releaseShared(int arg) { // 如果尝试释放成功了，就唤醒下一个节点 if (tryReleaseShared(arg)) { // 这个方法实际是唤醒下一个节点 doReleaseShared(); return true; } return false;}// java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock.Sync.tryReleaseSharedprotected final boolean tryReleaseShared(int unused) { Thread current = Thread.currentThread(); if (firstReader == current) { // 如果第一个读者（读线程）是当前线程 // 就把它重入的次数减1 // 如果减到0了就把第一个读者置为空 if (firstReaderHoldCount == 1) firstReader = null; else firstReaderHoldCount--; } else { // 如果第一个读者不是当前线程 // 一样地，把它重入的次数减1 HoldCounter rh = cachedHoldCounter; if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) rh = readHolds.get(); int count = rh.count; if (count <= 1) { readHolds.remove(); if (count <= 0) throw unmatchedUnlockException(); } --rh.count; } for (;;) { // 共享锁获取的次数减1 // 如果减为0了说明完全释放了，才返回true int c = getState(); int nextc = c - SHARED_UNIT; if (compareAndSetState(c, nextc)) return nextc == 0; }}// java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doReleaseShared// 行为跟方法名有点不符，实际是唤醒下一个节点private void doReleaseShared() { for (;;) { Node h = head; if (h != null && h != tail) { int ws = h.waitStatus; // 如果头节点状态为SIGNAL，说明要唤醒下一个节点 if (ws == Node.SIGNAL) { if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) continue; // loop to recheck cases // 唤醒下一个节点 unparkSuccessor(h); } else if (ws == 0 && // 把头节点的状态改为PROPAGATE成功才会跳到下面的if !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) continue; // loop on failed CAS } // 如果唤醒后head没变，则跳出循环 if (h == head) // loop if head changed break; }}解锁的大致流程如下：
（1）将当前线程重入的次数减1；
（2）将共享锁总共被获取的次数减1；
（3）如果共享锁获取的次数减为0了，说明共享锁完全释放了，那就唤醒下一个节点；
如下图，ABC三个节点各获取了一次共享锁，三者释放的顺序分别为ACB，那么最后B释放共享锁的时候tryReleaseShared()才会返回true，进而才会唤醒下一个节点D。
WriteLock.lock()
代码语言：javascript复制// java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock.WriteLock.lock()public void lock() { sync.acquire(1);}// java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquire()public final void acquire(int arg) { // 先尝试获取锁 // 如果失败，则会进入队列中排队，后面的逻辑跟ReentrantLock一模一样了 if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt();}// java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock.Sync.tryAcquire()protected final boolean tryAcquire(int acquires) { Thread current = Thread.currentThread(); // 状态变量state的值 int c = getState(); // 互斥锁被获取的次数 int w = exclusiveCount(c); if (c != 0) { // 如果c!=0且w==0，说明共享锁被获取的次数不为0 // 这句话整个的意思就是 // 如果共享锁被获取的次数不为0，或者被其它线程获取了互斥锁（写锁） // 那么就返回false，获取写锁失败 if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread()) return false; // 溢出检测 if (w exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); // 到这里说明当前线程已经获取过写锁，这里是重入了，直接把state加1即可 setState(c acquires); // 获取写锁成功 return true; } // 如果c等于0，就尝试更新state的值（非公平模式writerShouldBlock()返回false） // 如果失败了，说明获取写锁失败，返回false // 如果成功了，说明获取写锁成功，把自己设置为占有者，并返回true if (writerShouldBlock() || !compareAndSetState(c, c acquires)) return false; setExclusiveOwnerThread(current); return true;}// 获取写锁失败了后面的逻辑跟ReentrantLock是一致的，进入队列排队，这里就不列源码了写锁获取的过程大致如下：
（1）尝试获取锁；
（2）如果有读者占有着读锁，尝试获取写锁失败；
（3）如果有其它线程占有着写锁，尝试获取写锁失败；
（4）如果是当前线程占有着写锁，尝试获取写锁成功，state值加1；
（5）如果没有线程占有着锁（state==0），当前线程尝试更新state的值，成功了表示尝试获取锁成功，否则失败；
（6）尝试获取锁失败以后，进入队列排队，等待被唤醒；
（7）后续逻辑跟ReentrantLock是一致；
WriteLock.unlock()
代码语言：javascript复制// java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock.WriteLock.unlock()public void unlock() { sync.release(1);}//java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.release()public final boolean release(int arg) { // 如果尝试释放锁成功（完全释放锁） // 就尝试唤醒下一个节点 if (tryRelease(arg)) { Node h = head; if (h != null && h.waitStatus != 0) unparkSuccessor(h); return true; } return false;}// java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock.Sync.tryRelease()protected final boolean tryRelease(int releases) { // 如果写锁不是当前线程占有着，抛出异常 if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); // 状态变量的值减1 int nextc = getState() - releases; // 是否完全释放锁 boolean free = exclusiveCount(nextc) == 0; if (free) setExclusiveOwnerThread(null); // 设置状态变量的值 setState(nextc); // 如果完全释放了写锁，返回true return free;}写锁释放的过程大致为：
（1）先尝试释放锁，即状态变量state的值减1；
（2）如果减为0了，说明完全释放了锁；
（3）完全释放了锁才唤醒下一个等待的节点；
总结
（1）ReentrantReadWriteLock采用读写锁的思想，能提高并发的吞吐量；
（2）读锁使用的是共享锁，多个读锁可以一起获取锁，互相不会影响，即读读不互斥；
（3）读写、写读和写写是会互斥的，前者占有着锁，后者需要进入AQS队列中排队；
（4）多个连续的读线程是一个接着一个被唤醒的，而不是一次性唤醒所有读线程；
（5）只有多个读锁都完全释放了才会唤醒下一个写线程；
（6）只有写锁完全释放了才会唤醒下一个等待者，这个等待者有可能是读线程，也可能是写线程；
彩蛋
（1）如果同一个线程先获取读锁，再获取写锁会怎样？
分析上图中的代码，在tryAcquire()方法中，如果读锁被获取的次数不为0（c != 0 && w == 0），返回false，返回之后外层方法会让当前线程阻塞。
可以通过下面的方法验证：
代码语言：javascript复制readLock.lock();writeLock.lock();writeLock.unlock();readLock.unlock();运行程序后会发现代码停止在 writeLock.lock();，当然，你也可以打个断点跟踪进去看看。
（2）如果同一个线程先获取写锁，再获取读锁会怎样？
分析上面的代码，在tryAcquireShared()方法中，第一个红框处并不会返回，因为不满足 getExclusiveOwnerThread()!=current；第二个红框处如果原子更新成功就说明获取了读锁，然后就会执行第三个红框处的代码把其重入次数更改为1。
可以通过下面的方法验证：
代码语言：javascript复制writeLock.lock();readLock.lock();readLock.unlock();writeLock.unlock();你可以打个断点跟踪一下看看。
（3）死锁了么？
通过上面的两个例子，我们可以感受到同一个线程先读后写和先写后读是完全不一样的，为什么不一样呢？
先读后写，一个线程占有读锁后，其它线程还是可以占有读锁的，这时候如果在其它线程占有读锁之前让自己占有了写锁，其它线程又不能占有读锁了，这段程序会非常难实现，逻辑也很奇怪，所以，设计成只要一个线程占有了读锁，其它线程包括它自己都不能再获取写锁。
先写后读，一个线程占有写锁后，其它线程是不能占有任何锁的，这时候，即使自己占有一个读锁，对程序的逻辑也不会有任何影响，所以，一个线程占有写锁后是可以再占有读锁的，只是这个时候其它线程依然无法获取读锁。
如果你仔细思考上面的逻辑，你会发现一个线程先占有读锁后占有写锁，会有一个很大的问题——锁无法被释放也无法被获取了。这个线程先占有了读锁，然后自己再占有写锁的时候会阻塞，然后它就自己把自己搞死了，进而把其它线程也搞死了，它无法释放锁，其它线程也无法获得锁了。
这是死锁吗？似乎不是，死锁的定义是线程A占有着线程B需要的资源，线程B占有着线程A需要的资源，两个线程相互等待对方释放资源，经典的死锁例子如下：
代码语言：javascript复制Object a = new Object();Object b = new Object();
new Thread(()->{ synchronized (a) { LockSupport.parkNanos(1000000); synchronized (b) {
} }}).start();
new Thread(()->{ synchronized (b) { synchronized (a) {
} }}).start();简单的死锁用jstack是可以看到的：
代码语言：javascript复制"Thread-1": at com.coolcoding.code.synchronize.ReentrantReadWriteLockTest.lambda$main$1(ReentrantReadWriteLockTest.java:40) - waiting to lock <0x000000076baa9068> (a java.lang.Object) - locked <0x000000076baa9078> (a java.lang.Object) at com.coolcoding.code.synchronize.ReentrantReadWriteLockTest$$Lambda$2/1831932724.run(Unknown Source) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)"Thread-0": at com.coolcoding.code.synchronize.ReentrantReadWriteLockTest.lambda$main$0(ReentrantReadWriteLockTest.java:32) - waiting to lock <0x000000076baa9078> (a java.lang.Object) - locked <0x000000076baa9068> (a java.lang.Object) at com.coolcoding.code.synchronize.ReentrantReadWriteLockTest$$Lambda$1/1096979270.run(Unknown Source) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
Found 1 deadlock.（4）如何使用ReentrantReadWriteLock实现一个高效安全的TreeMap？
代码语言：javascript复制class SafeTreeMap { private final Map<String, Object> m = new TreeMap<String, Object>(); private final ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(); private final Lock readLock = lock.readLock(); private final Lock writeLock = lock.writeLock();
public Object get(String key) { readLock.lock(); try { return m.get(key); } finally { readLock.unlock(); } }
public Object put(String key, Object value) { writeLock.lock(); try { return m.put(key, value); } finally { writeLock.unlock(); } }}
