Android讀寫鎖的應用，以及最佳的磁盤緩存設計
前言
相信磁盤緩存在絕大部分的app上都有應用，相對于數據庫緩存來說，可以不要注重于緩存的管理，比較開放和隨意。
再加上jakewharton早年間發布的disklrucache框架，讓我們使用磁盤緩存更加簡單，效率上和數據庫緩存也拉進了一步，以后有時間我在加上disklrucache的緩存解讀。
但是在多線程的環境下，對同一份數據進行讀寫，會涉及到線程安全的問題。比如在一個線程讀取數據的時候，另外一個線程在寫數據，而導致前后數據的不一致性；一個線程在寫數據的時候，另一個線程也在寫，同樣也會導致線程前后看到的數據的不一致性。更嚴重的是一個線程在寫的時候，另一個線程在讀。這里的數據不一致是對于文件來說的，當文件里的數據存儲的json時，殘缺的數據或者不完整的數據無法生成對象，判斷沒有寫好甚至是報錯閃退。
常見解決方案
使用Synchronized同步鎖保護線程安全，但是Synchronized存在明顯的一個性能問題就是讀與讀之間互斥，也就是說兩個線程的讀操作是順序執行的 下面給大家看下代碼方便理解
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
read(Thread.currentThread());
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
read(Thread.currentThread());
}
}).start();
}
public synchronized static void read(Thread thread){
System.out.println("開始運行時間:"+System.currentTimeMillis());
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("結束運行時間:"+System.currentTimeMillis());
}</code></pre>
我們來看一下運行結果,結論兩個兩個線程的讀操作是順序執行的，如果讀的次數多這個太影響性能了
思考
最佳的方案通俗的來講應該是，可以很多人同時讀，但不能同時寫，有人在寫的時候不能同時讀也不能同時寫，官方說法是讀和讀互不影響，讀和寫互斥，寫和寫互斥，好了接下來就是介紹今天的主角ReadWriteLock 讀寫鎖
ReadWriteLock介紹
1.1 ReadWriteLock的位置
ReadWriteLock是Java自帶的 所處位置 java.util.concurrent.locks，屬于java并發方案中的一種
1.2 ReadWriteLock是一個接口，主要有兩個方法，如下
public interface ReadWriteLock {
/**
* Returns the lock used for reading.
*
* @return the lock used for reading
*/
Lock readLock();
/**
* Returns the lock used for writing.
*
* @return the lock used for writing
*/
Lock writeLock();
}
既然只是接口，那我們真正要用的是實現了該接口的類 ReentrantReadWriteLock 可重入讀寫鎖
1.3可重人
可重入鎖，就是說一個線程在獲取某個鎖后，還可以繼續獲取該鎖，即允許一個線程多次獲取同一個鎖。通俗的來講就是支持在同一個線程里面對多個文件進行讀寫操作，都可以獲取同一個鎖，但是獲取多少鎖就要回收多少鎖，下面給個例子方便理解
public static void main(String[] args) {
final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
lock.writeLock().lock();
lock.writeLock().lock();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lock.writeLock().lock();
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("子線程運行");
lock.writeLock().unlock();
}
}).start();
System.out.println("主線程運行");
lock.writeLock().unlock();
// lock.writeLock().unlock(); 獲取兩次鎖，只釋放一次鎖
}
運行結果
注意：因為主線程2次獲取了鎖，但是卻只釋放1次鎖，造成死鎖，導致新線程永遠也不能獲取鎖。一個線程獲取多少次鎖，就必須釋放多少次鎖
1.4 獲取鎖順序
-
非公平模式（默認）
當以非公平初始化時，讀鎖和寫鎖的獲取的順序是不確定的。非公平鎖主張競爭獲取，可能會延緩一個或多個讀或寫線程，但是會比公平鎖有更高的吞吐量。
-
公平模式
當以公平模式初始化時，線程將會以隊列的順序獲取鎖。當當前線程釋放鎖后，等待時間最長的寫鎖線程就會被分配寫鎖；或者有一組讀線程組等待時間比寫線程長，那么這組讀線程組將會被分配讀鎖。
-
源碼如下
public ReentrantReadWriteLock() {
this(false);
}
/**
* Creates a new {@code ReentrantReadWriteLock} with
* the given fairness policy.
*
* @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
*/
public ReentrantReadWriteLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
readerLock = new ReadLock(this);
writerLock = new WriteLock(this);
}
1.5 鎖升級和鎖降級
- 鎖降級：從寫鎖變成讀鎖;
- 鎖升級：從讀鎖變成寫鎖。
- ReentrantReadWriteLock 只支持鎖降級
- 建議盡量不要使用鎖降級操作，獲取什么鎖就回收什么鎖，同一線程盡量不要使用兩種鎖，最為安全，除非有特殊操作則需注意
2 磁盤緩存最佳設計
提供抽象類BaseCache的源碼，具體實現大家可以通過自己的實際情況去拓展
public abstract class BaseCache {
private final ReadWriteLock mLock = new ReentrantReadWriteLock();
/**
* 讀取緩存
*
* @param key 緩存key
* @param existTime 緩存時間
*/
final <T> T load(Type type, String key, long existTime) {
//1.先檢查key
Utils.checkNotNull(key, "key == null");
//2.判斷key是否存在,key不存在去讀緩存沒意義
if (!containsKey(key)) {
return null;
}
//3.判斷是否過期，過期自動清理
if (isExpiry(key, existTime)) {
remove(key);
return null;
}
//4.開始真正的讀取緩存
mLock.readLock().lock();
try {
// 讀取緩存
return doLoad(type, key);
} finally {
mLock.readLock().unlock();
}
}
/**
* 保存緩存
*
* @param key 緩存key
* @param value 緩存內容
* @return
*/
final <T> boolean save(String key, T value) {
//1.先檢查key
Utils.checkNotNull(key, "key == null");
//2.如果要保存的值為空,則刪除
if (value == null) {
return remove(key);
}
//3.寫入緩存
boolean status = false;
mLock.writeLock().lock();
try {
status = doSave(key, value);
} finally {
mLock.writeLock().unlock();
}
return status;
}
/**
* 刪除緩存
*/
final boolean remove(String key) {
mLock.writeLock().lock();
try {
return doRemove(key);
} finally {
mLock.writeLock().unlock();
}
}
/**
* 獲取緩存大小
* @return
*/
long size() {
return getSize();
}
/**
* 清空緩存
*/
final boolean clear() {
mLock.writeLock().lock();
try {
return doClear();
} finally {
mLock.writeLock().unlock();
}
}
/**
* 是否包含 加final 是讓子類不能被重寫，只能使用doContainsKey
* 這里加了鎖處理，操作安全。<br>
*
* @param key 緩存key
* @return 是否有緩存
*/
public final boolean containsKey(String key) {
mLock.readLock().lock();
try {
return doContainsKey(key);
} finally {
mLock.readLock().unlock();
}
}
/**
* 是否包含 采用protected修飾符 被子類修改
*/
protected abstract boolean doContainsKey(String key);
/**
* 是否過期
*/
protected abstract boolean isExpiry(String key, long existTime);
/**
* 讀取緩存
*/
protected abstract <T> T doLoad(Type type, String key);
/**
* 保存
*/
protected abstract <T> boolean doSave(String key, T value);
/**
* 刪除緩存
*/
protected abstract boolean doRemove(String key);
/**
* 清空緩存
*/
protected abstract boolean doClear();
/**
* 獲取緩存大小
*
* @return
*/
protected abstract long getSize();
}
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