ReentrantReadWriteLock 多个读取线程

Question

美好的一天

我有一个关于 ReentrantReadWriteLocks 的问题。我正在尝试解决一个问题，即多个读取器线程应该能够在数据结构上并行操作，而一个写入器线程只能单独操作（而没有读取器线程处于活动状态）。我正在使用 Java 中的 ReentrantReadWriteLocks 来实现这一点，但是从时间测量来看，阅读器线程似乎也在相互锁定。我认为这不应该发生，所以我想知道我是否执行错了。我的实现方式如下：

readingMethod(){
    lock.readLock().lock();
    do reading ...
    lock.readLock().unlock();
}

writingMethod(){
    lock.writeLock().lock();
    do writing ...
    lock.writeLock().unlock();
}

读取方法被许多不同的线程调用。从测量时间来看，读取方法是按顺序执行的，即使写入方法从未被调用！关于这里出了什么问题的任何想法？提前谢谢你-干杯

编辑：我试图提出一个 SSCCE，我希望这很清楚：

public class Bank {
private Int[] accounts;
public ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

// Multiple Threads are doing transactions.
public void transfer(int from, int to, int amount){
    lock.readLock().lock(); // Locking read.

    // Consider this the do-reading.
    synchronized(accounts[from]){
        accounts[from] -= amount;
    }
    synchronized(accounts[to]){
        accounts[to] += amount;
    }

    lock.readLock().unlock(); // Unlocking read.
}

// Only one thread does summation.
public int totalMoney(){
    lock.writeLock().lock; // Locking write.

    // Consider this the do-writing.
    int sum = 0;
    for(int i = 0; i < accounts.length; i++){
        synchronized(accounts[i]){
            sum += accounts[i];
        }
    }

    lock.writeLock().unlock; // Unlocking write.

    return sum;
}}

我知道读锁内部的部分实际上不是读而是写。我这样做是因为有多个线程执行写入，而只有一个线程执行读取，但是在读取时，不能对数组进行任何更改。这在我的理解中有效。再说一遍，read-Locks 中的代码可以在多个线程中正常工作，只要不添加 write 方法和 read-locks。

Answer 1

您的代码被严重破坏，您不必担心任何性能影响。您的代码不是线程安全的。 永远不要在可变变量上同步！

synchronized(accounts[from]){
    accounts[from] -= amount;
}

此代码执行以下操作：

• 在没有任何同步的情况下读取from 位置处的数组accounts 的内容，因此可能读取了一个过时的值，或者一个仍在其synchronized 块内的线程正在写入的值
• 锁定已读取的任何对象（请记住，Integer 对象 created by auto-boxing 的身份未指定 [-128 到 +127 范围除外]）
• 在from位置再次读取数组accounts的内容
• 从其int 值中减去amount，自动装箱结果（在大多数情况下产生一个不同 对象）
• 将新对象存储在数组accounts的位置from

这意味着不同的线程可以同时写入相同的数组位置，同时锁定在其第一次（非同步）读取时发现的不同 Integer 实例，从而增加了数据竞争的可能性。

这也意味着线程可能会在不同的数组位置上相互阻塞，如果这些位置恰好具有相同的值并且恰好由相同的实例表示。例如。用零值（或全部为 -128 到 +127 范围内的相同值）预初始化数组是接近单线程性能的好方法，因为零（或这些其他小值）是少数 @ 之一987654336@ 值保证由同一个实例表示。由于您没有体验过NullPointerExceptions，因此您显然已经用一些东西预先初始化了数组。

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总而言之，synchronized 适用于对象实例，而不是变量。这就是为什么在尝试对 int 变量执行此操作时无法编译的原因。由于在不同对象上进行同步就像根本没有任何同步，所以您永远不应该在可变变量上进行同步。

如果您想要线程安全的并发访问不同的帐户，您可以使用AtomicIntegers。这样的解决方案将为每个帐户使用一个永远不会改变的 AtomicInteger 实例。仅使用其线程安全方法更新其余额值。

public class Bank {
    private final AtomicInteger[] accounts;
    public final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
    Bank(int numAccounts) {
        // initialize, keep in mind that this array MUST NOT change
        accounts=new AtomicInteger[numAccounts];
        for(int i=0; i<numAccounts; i++) accounts[i]=new AtomicInteger();
    }

    // Multiple Threads are doing transactions.
    public void transfer(int from, int to, int amount){
        final Lock sharedLock = lock.readLock();
        sharedLock.lock();
        try {
            accounts[from].addAndGet(-amount);
            accounts[to  ].addAndGet(+amount);
        }
        finally {
            sharedLock.unlock();
        }
    }

    // Only one thread does summation.
    public int totalMoney(){
        int sum = 0;
        final Lock exclusiveLock = lock.writeLock();
        exclusiveLock.lock();
        try {
            for(AtomicInteger account: accounts)
                sum += account.get();
        }
        finally {
            exclusiveLock.unlock();
        }
        return sum;
    }
}

为了完整起见，我猜这个问题会出现，下面是一个禁止多取钱的取款流程可能如下所示：

static void safeWithdraw(AtomicInteger account, int amount) {
    for(;;) {
        int current=account.get();
        if(amount>current) throw new IllegalStateException();
        if(account.compareAndSet(current, current-amount)) return;
    }
}

可以通过将accounts[from].addAndGet(-amount); 替换为safeWithdraw(accounts[from], amount); 来包含它。

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在写完上面的例子之后，我记得有一个类 AtomicIntegerArray 更适合这种任务......

private final AtomicIntegerArray accounts;
public final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

Bank(int numAccounts) {
    accounts=new AtomicIntegerArray(numAccounts);
}

// Multiple Threads are doing transactions.
public void transfer(int from, int to, int amount){
    final Lock sharedLock = lock.readLock();
    sharedLock.lock();
    try {
        accounts.addAndGet(from, -amount);
        accounts.addAndGet(to,   +amount);
    }
    finally {
        sharedLock.unlock();
    }
}

// Only one thread does summation.
public int totalMoney(){
    int sum = 0;
    final Lock exclusiveLock = lock.writeLock();
    exclusiveLock.lock();
    try {
        for(int ix=0, num=accounts.length(); ix<num; ix++)
            sum += accounts.get(ix);
    }
    finally {
        exclusiveLock.unlock();
    }
    return sum;
}

Answer 2

您可以在此测试中运行 2 个线程

static ReadWriteLock l = new ReentrantReadWriteLock();

static void readMehod() {
    l.readLock().lock();
    System.out.println(Thread.currentThread() + " entered");
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    l.readLock().unlock();
    System.out.println(Thread.currentThread() + " exited");
}

并查看两个线程是否进入读锁。