读写锁

读写锁是计算机程序的并发控制的一种同步机制，也称“共享-互斥锁”、多读者-单写者锁。多读者锁，，“push lock”) 用于解决读写问题（英语：readers–writers problem）。读操作可并发重入，写操作是互斥的。这意味着多个线程可以同时读数据，但写数据时需要获得一个独占的锁。当写者写数据时，其它写者或读者需要等待，直到这个写者完成写操作。读写锁常见的用法是控制线程对内存中的某种数据结构的访问，这种数据结构不能被原子性地更新，并且在完成更新之前都是无效的。 读写锁通常用互斥锁、条件变量、信号量实现。 某些读写锁允许在读模式与写模式之间升降级。[1] 读写锁可以有不同的操作模式优先级： 读操作优先锁：提供了最大并发性，但在锁竞争比较激烈的情况下，可能会导致写操作饥饿。这是由于只要还有一个读线程持锁，写线程就拿不到锁。多个读者可以立刻拿到锁，这意味着一个写者可能一直在等锁，期间新的读者一直可以拿到锁。极端情况下，写者线程可能会一直等锁，直到所有一开始就拿到锁的读者释放锁。读者的可以是弱优先级的，如前文所述，也可以是强优先级的，即只要写者释放锁，任何等待的读者总能先拿到。 写操作优先锁：如果队列中有写者在等锁，则阻止任何新读者拿锁，来避免了写操作饥饿的问题。一旦所有已经开始的读操作完成，等待的写操作立即获得锁。和读操作优先锁相比，写操作优先锁的不足在于在写者存在的情况下并发度低。内部实现需要两把互斥锁。 未指定优先级锁：不提供任何读/写的优先级保证。 Michel Raynal（英语：Michel Raynal）使用两把互斥锁与一个整数计数器实现。计数器b跟踪被阻塞的读线程。互斥锁r保护b，供读者使用。互斥锁g (指"global")确保写操作互斥。伪代码： Begin Read Lock r. Increment b. If b = 1, lock g. Unlock r. End Read Lock r. Decrement b. If b = 0, unlock g. Unlock r. Begin Write Lock g. End Write Unlock g. 实现是读操作优先。 可使用条件变量c与普通的互斥锁m、整型计数器r（表示正在读的个数）与布尔标志w（表示正在写）来实现读写锁。 lock-for-read操作： Lock m (blocking). While w: wait c, m Increment r. Unlock m. lock-for-write操作： Lock m (blocking). While (w or r > 0): wait c, m Set w to true. Unlock m. lock-for-read与lock-for-write各自有自己的逆操作。unlock-for-read通过减量r并在r变为0时通知c。unlock-for-write设置w为false并通知c。 POSIX标准的pthread_rwlock_t与相关操作 ReadWriteLock 接口，ReentrantReadWriteLock锁，从Java版本5开始 Microsoft System.Threading.ReaderWriterLockSlim锁，用于C#与.NET语言程序 std::shared_mutex read/write锁在C++17 boost::shared_mutex与boost::upgrade_mutex锁在Boost C++ Libraries sync.RWMutex在Go语言 Phase fair reader–writer lock std::sync::RwLock，在Rust语言 Poco::RWLock，在POCO C++ Libraries（英语：POCO C++ Libraries） mse::recursive_shared_timed_mutex在SaferCPlusPlus库，是支持std::recursive_mutex（页面存档备份，存于互联网档案馆）的recursive ownership语义的std::shared_timed_mutex（页面存档备份，存于互联网档案馆）的一个实现 txrwlock.ReadersWriterDeferredLock，用于Twisted SRWLock，见Windows操作系统API，从Windows Vista开始. 读写锁（Slim reader/writer，SRW， lock）用于进程内的线程间同步。 SRW既不是公平的也不是先进先出的。读写锁数据结构的内部实现就是一个指针。读写锁的性能较临界区有很大的提升，这是因为读写锁是基于原子操作，关键段是基于event内核对象的，从用户模式到内核模式的切换占用了大量的时钟周期。相关API： InitializeSRWLock：动态初始化SRW结构。也可以直接赋值SRWLOCK_INIT常量来静态初始化SRW结构。不需要显式析构。 AcquireSRWLockShared：获取共享读的SRW锁。 AcquireSRWLockExclusive：获取专享写的SRW锁。 TryAcquireSRWLockShared：试图获取共享读的SRW锁。 TryAcquireSRWLockExclusive：试图获取专享写的SRW锁。 ReleaseSRWLockShared：释放已经获取的共享读的SRW锁。 ReleaseSRWLockExclusive：释放已经获取的专享写的SRW锁。 SleepConditionVariableSRW：在已经获取SRW锁的前提下，原子操作：在指定条件变量上睡眠并释放SRW锁 read-copy-update (RCU)算法是读写锁的一种替代实现。RCU对读操作是无等待。Linux内核实现了很少写操作的一种RCU叫做seqlock。 信号量 互斥锁 调度_(计算机) 止步模式（英语：Balking pattern） 文件锁定 锁_(计算机科学) This is the standard "wait" operation on condition variables, which, among other actions, releases the mutex m. Hamilton, Doug. Suggestions for multiple-reader/single-writer lock?. Newsgroup: comp.os.ms-windows.nt.misc. 21 April 1995 [8 October 2010]. Usenet: hamilton.798430053@BIX.com. （原始内容存档于2012-11-09）.  "Practical lock-freedom" （页面存档备份，存于互联网档案馆） by Keir Fraser 2004 Push Locks – What are they?. Ntdebugging Blog. MSDN Blogs. 2009-09-02 [11 May 2017]. （原始内容存档于2017-10-07）.  Stevens, W. Richard; Rago, Stephen A. Advanced Programming in the UNIX Environment. Addison-Wesley. 2013: 409.  java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock Java readers–writer lock implementation offers a "fair" mode Raynal, Michel. Concurrent Programming: Algorithms, Principles, and Foundations. Springer. 2012.  Herlihy, Maurice; Shavit, Nir. The Art of Multiprocessor Programming. Elsevier. 2012: 184–185.  Nichols, Bradford; Buttlar, Dick; Farrell, Jacqueline. PThreads Programming: A POSIX Standard for Better Multiprocessing. O'Reilly. 1996: 84–89.  Butenhof, David R. Programming with POSIX Threads. Addison-Wesley. 1997: 253–266.  The Open Group Base Specifications Issue 6, IEEE Std 1003.1, 2004 Edition: pthread_rwlock_destroy. The IEEE and The Open Group. [14 May 2011]. （原始内容存档于2010-12-09）.  java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock ReaderWriteLockSlim Class (System.Threading). Microsoft Corporation. [14 May 2011]. （原始内容存档于2017-07-16）.  New adopted paper: N3659, Shared Locking in C++—Howard Hinnant, Detlef Vollmann, Hans Boehm. Standard C++ Foundation. [2017-11-22]. （原始内容存档于2016-08-26）.  Anthony Williams. Synchronization – Boost 1.52.0. [31 Jan 2012].  The Go Programming language - Package sync. [30 May 2015]. （原始内容存档于2018-01-03）.  Reader–Writer Synchronization for Shared-Memory Multiprocessor Real-Time Systems (PDF). [2017-11-22]. （原始内容 (PDF)存档于2017-08-10）.  std::sync::RwLock - Rust. [10 December 2015]. （原始内容存档于2019-07-17）.  Readers/Writer Lock for Twisted. [28 September 2016].  Alessandrini, Victor. Shared Memory Application Programming: Concepts and Strategies in Multicore Application Programming. Morgan Kaufmann. 2015.  MSDN: Slim Reader/Writer (SRW) Locks. [2017-11-23]. （原始内容存档于2015-04-16）.