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java - 在 Java 中使用什么策略进行分层可重入读/写锁定？

coder 2024-03-20 原文

我正在寻找一个高效的系统来拥有一系列按层次组织的读/写锁，以管理对按层次组织的资源的访问。如果一个子树被锁定为写，那么在它被释放之前，整个子树都不能获得其他锁；类似地，子树中的写锁应该防止在父树中锁定。

以下是我正在考虑的想法:

  • 使用 Apache Commons Transaction 。不幸的是，该项目自 2008 年 3 月以来一直没有更新，并已非正式终止。一些 API 文档似乎表明即将发布的版本(1.3 或 2.0)将包括 some kind of hierarchical locking ，但找不到源代码，而且我们似乎无法再访问他们的 SVN 存储库。

  • 使用一系列 ReentrantReadWriteLock s ，我会分层组织。我不是并发专家，我有点不敢自己做。初步想法似乎表明，即使在尝试锁定子树之前，我也必须对管理 ReentrantReadWriteLock 的整个结构使用外部锁。 s 本身 — 因此即使是释放锁，我也必须使用外部锁……

  • 使用 java.util.concurrent 中的类和 java.util.concurrent.atomic 以比我用一系列 ReentrantReadWriteLock 更有效的方式实现我的分层锁

我准备走最后一条路，但我很惊讶没有找到任何现有的库可以更好地解决这个问题。所以:

  • 我是否错过了一些明显的解决方案？
  • 还是这个问题特别难以妥善解决？

最佳答案

我不知道我是否理解你的问题，正如你所说，当你锁定一个子树进行写入时，整个结构都被锁定了。 因此，简单的解决方案是为整个结构设置一个 RW 锁。

顺便说一句，java.util.concurrent.atomic 不会比 RW 锁树更能帮助您。

如果您希望能够独立锁定 sibling ，您可以使用第二种解决方案(一个锁树，其中每个节点都有对其父节点的引用)。

锁定一个节点将使用它的写锁来锁定它，并使用读锁来锁定每个父节点。 父项不能在子项被锁定时锁定，因为您无法获取其写锁，因为锁定子项已经获取了读锁。 仅当没有其他线程对任何父线程进行写锁定时，才允许锁定子线程。

上面介绍的锁是排他锁。 (读写锁的别称是共享独占锁)

要添加共享锁，每个节点还需要一个原子整数表示: 如果是正数，则间接写锁定的 child 的数量；如果它是负数，则节点被读取锁定的次数。 此外，节点及其父节点将被读取锁定，以避免在父节点上获取新的写锁。

伪代码:

Node {
    // fields
    parent: Node
    lock: RWLock
    count: AtomicInteger
}

public boolean trylocktree(node: Node, exclusive: boolean) {
    if (exclusive) {
        return trylocktree_ex(node, true);
    } else {
        return trylocktree_sh(node);
    }
}
private boolean switch_count(i: AtomicInteger, diff: int) {
    // adds diff to i if the sign of i is the same as the sign of diff
    while (true) {
        int v = i.get();
        if (diff > 0 ? v < 0 : v > 0)
            return false;
        if (i.compareAndSet(v, v + diff))
            return true;
    }
}
private boolean trylocktree_ex(node: Node, writing: boolean) {
    // check if a node is read-locked
    if (!switch_count(node.count, 1))
        return false;
    // lock using the lock type passed as an arg
    if (!node.lock(writing).trylock()) {
        node.count--;
        return false;
    }
    // read-lock every parent
    if (!trylocktree_ex(node.parent, false)) {
        node.count--
        node.lock(writing).unlock();
        return false;
    }
    return true;
}
private boolean trylocktree_sh(node: Node) {
    // mark as shared-locked subtree
    if (!switch_count(node.count, -1))
        return false;
    // get shared-lock on parents
    if (!readlock_recursively(node)) {
        node.count++;
        return false;
    }
    return true;
}
private boolean readlock_recursively(node: Node) {
    if (!node.lock(false).trylock())
        return false;
    if (!readlock_recursively(node.parent)) {
        node.lock(false).unlock();
        return false;
    }
    return true;
}

如果无法获取任何锁，则解锁已锁定的内容并稍后重试(您可以使用全局条件变量、超时等来实现此目的)。

编辑:添加代码以读锁/写锁一棵树

关于java - 在 Java 中使用什么策略进行分层可重入读/写锁定？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/6154302/

javanodereturncodelockinghierarchicalreentrancyreadwritelock

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