ReentrantReadWriteLock多个读取线程

Question

美好的一天

我有一个关于ReentrantReadWriteLocks的问题。 我试图解决一个问题，其中多个读取器线程应该能够在数据结构上并行操作，而一个编写器线程只能单独操作（而没有读取器线程是活动的）。 我用Java中的ReentrantReadWriteLocks来实现它，但是从时间测量看来，读者线程似乎彼此锁定了。 我不认为这应该发生，所以我想知道我是否实施错了。 我实现它的方式如下：

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

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

读取方法由许多不同的线程调用。 从测量时间开始，即使从不调用写入方法，也会按顺序执行读取方法！ 关于这里出了什么问题的任何想法？ 提前谢谢-Cheers

编辑：我试图提出一个SSCCE，我希望这是明确的：

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read-Lock中的部分实际上并不是读取而是写入。 我这样做是因为有多个线程执行写操作，而只有一个线程执行读操作，但在读取时，不能对数组进行任何更改。 这符合我的理解。 再一次，只要没有添加写入方法和读取锁定，read-Locks中的代码就可以正常运行多个线程。

Answer 1

您的代码非常糟糕，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：

• from没有任何同步的位置读取数组accounts的内容，从而可能读取一个绝望的过时值，或者只是由仍在其synchronized块内的线程写入的值
• 锁定它已读取的任何对象（请记住， 自动装箱创建的Integer对象的标识未指定[除了-128到+127范围]）
• 再次读取数组的内容accounts在位置from
• 从其int值中减去amount ，自动显示结果（在大多数情况下产生不同的对象）
• 存储在数组中的新对象accounts在位置from

这意味着不同的线程可以同时写入同一个数组位置，同时锁定在第一个（非同步）读取时发现的不同Integer实例，从而打开了数据争用的可能性。

它还意味着如果这些位置碰巧具有相同的值恰好由同一实例表示，则线程可能在不同的阵列位置上相互阻塞。 例如，使用零值预先初始化数组（或者在-128到+127范围内的所有相同值）是接近单线程性能的良好方法，因为零（或其他小值）是为数不多的之一保证Integer数值由同一实例表示。 由于您没有遇到NullPointerException ，您显然已经预先初始化了数组。

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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变量进行编译时不会编译的原因。 由于在不同对象上进行同步就像没有任何同步一样，所以永远不要在可变变量上进行同步。

如果您希望对不同帐户进行线程安全的并发访问，则可以使用AtomicInteger 。 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;
    }
}

为了完整性，我想这个问题会出现，这里是一个撤销过程，禁止花费比现有更多的钱可能是这样的：

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;
    }
}

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

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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都进入了readlock。