约 7 分钟3 张卡

读写锁

读写锁允许多个线程同时读取共享数据，并让写入线程独占修改。本文先说明读锁与写锁怎样配合，再讲锁降级。随后介绍 StampedLock 的乐观读、验证过程和模式转换。

1. 面试核心

先记住这几条，再读正文

读写互斥关系。 多个线程可以同时持有读锁，写锁则与其他线程的读锁和写锁互斥。
锁降级。 ReentrantReadWriteLock 支持先获取读锁再释放写锁来降级，读线程申请写锁前需释放读锁。卡 · 写锁降级的持锁区间
StampedLock 的能力。 StampedLock 使用获取时返回的 stamp 释放锁或转换模式，且不支持重入和条件队列。
乐观读。 StampedLock 的乐观读先把字段读入局部变量，再验证 stamp，失败后加读锁重读全部字段。卡 · StampedLock 与 stamp
转换失败。 持有读锁时，tryConvertToWriteLock 转换失败会返回零，原读锁仍保持持有。卡 · StampedLock 的模式转换

2. 读锁与写锁

读取共享数据时，多个线程可以使用读锁并行访问。需要修改数据的线程使用写锁，让修改过程与其他读写操作互斥。

private final ReentrantReadWriteLock rw = new ReentrantReadWriteLock();
private final Lock read = rw.readLock();
private final Lock write = rw.writeLock();

Value find(Key key) {
    read.lock();
    try {
        return values.get(key);
    } finally {
        read.unlock();
    }
}

多个读线程可以同时执行 find，写入方则必须取得同一读写锁的写锁。读锁内的操作应保持共享状态不变，否则并行读取也会造成竞争。

锁只保护方法内的访问。返回的 Value 若可变，调用者在方法外修改它时，仍需遵守同一套同步规则。

读写锁需要维护读线程数量，并安排竞争线程排队。读取很短或写入频繁时，这些成本会抵消并行读取的收益。因此，应与普通互斥锁实测比较。

3. 锁降级与锁升级

更新完成后，如果还需要继续读取刚写入的数据，可以把写锁降级为读锁。写线程先获取读锁，再释放写锁。这样既允许其他线程读取，又能继续阻止其他写线程修改数据。

ReentrantReadWriteLock 的读锁无法直接升级为写锁。写锁要等所有读锁释放，而当前线程仍持有读锁，所以直接等待会使自己卡住。多个读线程同时这样做，也会彼此等待。

需要更新时，应先释放读锁，再获取写锁。两次获取之间，其他写线程可以修改数据。所以，拿到写锁后必须重新检查更新条件。

4. StampedLock 与 stamp

常考卡 · StampedLock 的乐观读怎样保证结果可用

StampedLock 用 stamp 表示一次获取得到的访问凭据，其中包含锁模式和版本信息。释放锁或转换模式时，要传入仍然有效的 stamp。

long stamp = lock.readLock();
try {
    return new Point(x, y);
} finally {
    lock.unlockRead(stamp);
}

示例先获取读锁，再读取两个坐标，最后用对应的 stamp 释放锁。StampedLock 通过 stamp 管理访问权限，因此获取和释放可以由不同线程完成。

StampedLock 不可重入。比如，持有写锁的方法再次调用 writeLock()，就会等待自己释放锁。因此，持锁代码调用其他方法前，要确认它是否会再次获取同一把锁。

它的锁视图也不支持 Condition，也就是让线程等待业务条件的条件队列。因此，需要重入或条件队列的代码，应继续使用对应的锁实现。

5. 乐观读

常考卡 · StampedLock 的乐观读怎样保证结果可用

乐观读先尝试读取，再检查期间是否有写线程介入。它省去了正常读锁的获取与释放，但需要程序验证读取结果，并处理验证失败。

long stamp = lock.tryOptimisticRead();
double currentX = x;
double currentY = y;

if (!lock.validate(stamp)) {
    stamp = lock.readLock();
    try {
        currentX = x;
        currentY = y;
    } finally {
        lock.unlockRead(stamp);
    }
}
return new Point(currentX, currentY);

本例要求所有坐标写入都使用同一把写锁。tryOptimisticRead() 在写锁已被持有时返回零，否则返回用于验证的 stamp。

乐观读取期间没有持有读锁，所以读到的 x 和 y 可以来自不同次更新。读取结束后，validate 检查获取 stamp 后是否有线程取得过写锁。验证成功，代码才接受局部变量中的坐标。验证失败，则在读锁内重新读取全部字段，避免混用两次读取的结果。

验证前的代码需要容忍临时不一致。例如，沿着可变引用访问对象或数组时，会遇到空引用或失效下标。因此，乐观读适合简单字段组合，付款等不可撤销操作应放在验证成功之后。

验证只覆盖获取 stamp 到验证之间的读取区间。之后再读取共享字段，仍需重新验证或持锁。

6. 不可变快照与并发容器

选择读写锁前，可以先判断数据是否适合以下三种共享方式：

配置整体更新时，用 volatile 发布不可变快照，让读取者直接使用完整配置。
按键查询和更新时，使用 ConcurrentHashMap 管理并发访问。
读极多、写极少的小集合，可以考虑 Copy-on-Write，即修改时复制，读取时使用已有快照。

这些方案把发布或同步封装在明确的操作中，能减少手动维护读写锁的工作。具体机制见安全发布、ConcurrentHashMap 和 CopyOnWriteArrayList。

读写锁适合需要一起保护多个字段的场景。读取占比高、读操作有一定成本，而且写竞争可控时，并行读取才更有机会受益。评估时应测量以下四项指标：

读写比例，确认写入是否足够少。
临界区耗时，也就是每次持锁执行代码的时间。
写线程等待时间，检查持续读取是否拖延更新。
p99 延迟，即 99% 的请求都能在该时间内完成，用它观察较慢请求的等待。

7. 写锁降级的持锁区间

常考卡 · 写锁降级时，为什么要先取得读锁再释放写锁？

降级后要继续使用刚更新的数据，就要让写锁和读锁的持有时间有重叠。下面的代码让读锁在写锁释放前接过保护职责：

write.lock();
try {
    refresh();
    read.lock();
} finally {
    write.unlock();
}
try {
    useSnapshot();
} finally {
    read.unlock();
}

refresh 成功后，当前线程先取得读锁，再释放写锁。这时其他写线程仍被读锁挡住，所以 useSnapshot 读取期间数据保持稳定。若先释放写锁再申请读锁，其他写线程就能在两者之间修改数据。

8. StampedLock 的模式转换

常考卡 · StampedLock 转换写锁失败后，原来的读锁怎样处理？

读取后发现需要更新时，可以调用 tryConvertToWriteLock(stamp) 尝试转换为写模式。有效 stamp 对应以下三种情况时，转换可以成功：

已经持有写锁，继续保留写模式。
持有读锁，并且当前线程是唯一的读锁持有者。
持有乐观读 stamp，而且锁处于空闲状态。

转换成功会返回可用于释放写锁的 stamp。转换失败返回零，原来的读锁仍保持持有。因此，要先用临时变量接收结果，保留失败时释放读锁所需的旧 stamp。

long writeStamp = lock.tryConvertToWriteLock(stamp);
if (writeStamp != 0L) {
    stamp = writeStamp;
} else {
    lock.unlockRead(stamp);
    stamp = lock.writeLock();
    // 重新检查更新条件。
}