1 Read-Write Lock Pattern
Read-Write Lock Pattern是一种将对于共享资源的访问与修改操作分离，称为读写分离。即访问是reader，修改是write，用单独的线程来处理。可以允许多个reader，但是不允许同时多个写入或者在读的过程中有写入。
由于对于实例状态的读取，并不会破坏状态的完整性且状态也不会修改，可以允许多个线程同时访问操作。但是若在写入的过程中，会更改实例的状态，此时就需要对于写入做保护，防止其他线程来进行读操作和写操作。
在多个线程共享一个实例的时候，会有参考实例状态的线程即仅仅读取实例状态的Reader参与者，并且也会有改变实例的状态的线程即Writer参与者，此时就需要运用这种模式。
这种模式在读取不会冲突下，允许多个Reader参与者同时reader，提高了性能。不用单纯的在每次读的时候利用Synchronized来使得只能允许一个线程读操作，而是利用了外部定义的逻辑锁来设置允许多个Reader同时操作。在读取的操作比写入的操作多的时候，也可以使用这个模式。
在这个模式中，主要有四个参与者，分别为：
1 Reader参与者。Reader参与者会对SharedResource参与者进行read。
2 Writer参与者。Writer参与者会对SharedResource参与者进行write。
3 SharedResource参与者。这个是Reader参与者与Writer参与者共享的资源。里面包含了提供不会改变内部状态的操作read，与会改变内部状态的操作write。注意对于这个参与者，不需要在进行read与write的方法加上synchronized。
在对于SharedResource参与者进行read和write操作时候，利用Before/After Pattern实现。
前置处理(获取锁定)
try{
实际操作
}finally{
后续处理(释放锁)}
利用finally可以保证无论发生什么情况，都会释放锁，也不能把前置处理放置在try中，如果放置在里面，则finally就一定会执行，当前置处理发生异常，就不应该进而执行finally。
4 ReadWriteLock参与者。提供了对于SharedResource参与者进行read和write时需要的锁，就是用户自定义的锁机制。包括readLock和readUnLock锁，writeLock和writeUnLock，注意必须要对这些操作进行同步处理，放置多个线程同时调用这些方法，在每个方法中必须加上synchronized。
实例：
有多个读者和多个写者共同操作一本书，只允许同时多个读者读取书，只允许同时一个写者写这本书，不允许同时读者与写者同时操作这本书籍。
SharedResource参与者。
在每次读写操作之间和之后都要获取锁与释放锁，不需要synchronized
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package whut.readwritelock;
public class Data {
private final char[] buffer;
private final ReadWriteLock lock=new ReadWriteLock();
public Data(int size)
{
this.buffer=new char[size];
for(int i=0;i<buffer.length;i++)
buffer[i]='*';
}
public char[] read()throws InterruptedException
{
lock.readLock();
try{
return doRead();
}finally{
lock.readUnlock();
}
}
private char[] doRead()
{
char[] newbuf=new char[buffer.length];
for(int i=0;i<buffer.length;i++)
newbuf[i]=buffer[i];
slowly();
return newbuf;
}
public void write(char c)throws InterruptedException
{
lock.writeLock();
try{
doWrite(c);
}finally{
lock.writeUnlock();
}
}
private void doWrite(char c)
{
for(int i=0;i<buffer.length;i++)
{
buffer[i]=c;
slowly();
//这里的sleep并不会切换到别的线程
//这里就是体现了使用while的好处
//当该线程sleep时候，其余等待读取的还在wait中，而要写入的线程会判断它的状态，还没有释放锁
}
}
private void slowly()
{
try{
Thread.sleep(50);
}catch(InterruptedException e)
{
}
}
} |
读者线程Reader
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package whut.readwritelock;
public class ReaderThread extends Thread{
private final Data data;
public ReaderThread(Data data)
{
this.data=data;
}
public void run()
{
try{
while(true)
{
char[] readbuf=data.read();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+" reads "+String.valueOf(readbuf));
}
}catch(InterruptedException e)
{
}
}
} |
写者线程Writer
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package whut.readwritelock;
import java.util.Random;
public class WriterThread extends Thread{
private static final Random random=new Random();
private final Data data;
private final String filler;
private int index=0;
public WriterThread(Data data,String filler)
{
this.data=data;
this.filler=filler;
}
public void run()
{
try{
while(true)
{
char c=nextChar();
data.write(c);
Thread.sleep(random.nextInt(1000));
}
}catch(InterruptedException e)
{
}
}
private char nextChar()
{
char c=filler.charAt(index);
index++;
if(index>=filler.length())
index=0;
return c;
}
} |
WriteReadLock类
主要就是利用自定义锁机制来控制读写操作。设置读写时的警戒条件，利用Guarded Suspension Pattern来处理。
设置有四个字段：
readingReaders表示实例当前被读取的线程数目。是readLock之后与readUnlock之间的数。作为写入操作的警戒条件之一。
writingReaders表示实例当被写操作的线程数目，只能是0或者1，它是作为写入操作和读取操作的警戒条件。
waitingReaders表示多少个处于等待写入的线程数目。当ReaderThread比WriterThread多的时候，由于在要进行写入操作过程中，如果有读取操作，则会一直等待，但是读取操作没有设置为互斥，则他们会一个个的执行读操作，致使写入操作无法进行。设置这个字段状态目的就是为了使得ReaderThread在警戒条件判断中当waitingReaders大于0的时候，该ReaderThread能wait，能让出控制权给WriterThread。
preferWriter表示true为写优先，表示false为读优先。虽然读取能让出控制权给写入操作，可是当写入操作拥有了控制权后，则可能使得读取操作无法执行。此时就需要这个preferWriter字段，这个就是目的使得ReaderThread和WriterThread能够轮流执行的。
当读操作完后，设置为true以使得写入操作有可能获得执行，不过写入操作必须在满足preferWriter为true以及有等待写入的操作下才能真正的写入。当写入操作完毕后，设置该字段为false使得读操作能够执行。
总结：
读取操作等待的警戒条件是：当前写入线程大于0，或者preferWriter为true且有等待写入的线程
写入操作等待的警戒条件是：当前写入线程大于0，或者当前读取线程大于0
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package whut.readwritelock;
//关键部分public class ReadWriteLock {
private int readingReaders=0;//实际正在读取的线程数目
private int waitingWriters=0;//正在等待写入的线程数目
private int writingWriters=0;//实际正在写入的线程数目
private boolean preferWriter=true;//写入优先的话，值为true
//读取的时候获取锁
public synchronized void readLock()throws InterruptedException
{
//当有写入的时候，或者写入为优先级并且有等待的写入线程
while(writingWriters>0||(preferWriter&&waitingWriters>0))
{
wait();
}
readingReaders++;
}
//读完毕后释放锁
public synchronized void readUnlock()throws InterruptedException
{
readingReaders--;
preferWriter=true;
notifyAll();
}
//写入的时候获取锁
public synchronized void writeLock()throws InterruptedException
{
waitingWriters++;//正在等待的写入的线程数目
try{
//有写入或者读入的时候
while(readingReaders>0||writingWriters>0)
{
wait();
}
}finally{
waitingWriters--;//被唤醒了，则就是进而真正写入
}
writingWriters++;
}
//写入毕后释放锁
public synchronized void writeUnlock()throws InterruptedException
{
writingWriters--;
preferWriter=false;//写入后马上更换优先级，让读者继续
notifyAll();
}
} |
测试类：
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package whut.readwritelock;
public class ReadWriteMain {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
Data data=new Data(10);
//读取线程
new ReaderThread(data).start();
new ReaderThread(data).start();
new ReaderThread(data).start();
new ReaderThread(data).start();
new ReaderThread(data).start();
new ReaderThread(data).start();
//写入线程
new WriterThread(data,"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ").start();
new WriterThread(data,"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz").start();
}
} |