Android讀寫鎖的應用，以及最佳的磁碟快取設計
前言
相信磁碟快取在絕大部分的app上都有應用，相對於資料庫快取來說，可以不要注重於快取的管理，比較開放和隨意。 再加上jakewharton早年間釋出的disklrucache框架，讓我們使用磁碟快取更加簡單，效率上和資料庫快取也拉進了一步，以後有時間我在加上disklrucache的快取解讀。
但是在多執行緒的環境下，對同一份資料進行讀寫，會涉及到執行緒安全的問題。比如在一個執行緒讀取資料的時候，另外一個執行緒在寫資料，而導致前後資料的不一致性；一個執行緒在寫資料的時候，另一個執行緒也在寫，同樣也會導致執行緒前後看到的資料的不一致性。更嚴重的是一個執行緒在寫的時候，另一個執行緒在讀。這裡的資料不一致是對於檔案來說的，當檔案裡的資料儲存的json時，殘缺的資料或者不完整的資料無法生成物件，判斷沒有寫好甚至是報錯閃退。
常見解決方案
使用Synchronized同步鎖保護執行緒安全，但是Synchronized存在明顯的一個性能問題就是讀與讀之間互斥，也就是說兩個執行緒的讀操作是順序執行的 下面給大家看下程式碼方便理解
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
read(Thread.currentThread());
}
}).start();
new Thread(new Runnable 我們來看一下執行結果,結論兩個兩個執行緒的讀操作是順序執行的，如果讀的次數多這個太影響效能了
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，屬於java併發方案中的一種
1.2 ReadWriteLock是一個介面，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();
}
複製程式碼既然只是介面，那我們真正要用的是實現了該介面的類 ReentrantReadWriteLock 可重入讀寫鎖
1.3可重人
可重入鎖，就是說一個執行緒在獲取某個鎖後，還可以繼續獲取該鎖，即允許一個執行緒多次獲取同一個鎖。通俗的來講就是支援在同一個執行緒裡面對多個檔案進行讀寫操作，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("子執行緒執行");
lock.writeLock().unlock();
}
}).start();
System.out.println("主執行緒執行");
lock.writeLock().unlock();
// lock.writeLock().unlock(); 獲取兩次鎖，只釋放一次鎖
}
複製程式碼執行結果
1.4 獲取鎖順序
-
非公平模式（預設）
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執行緒，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，執行緒將會以佇列的順序獲取鎖。噹噹前執行緒釋放鎖後，等待時間最長的寫鎖執行緒就會被分配寫鎖；或者有一組讀執行緒組等待時間比寫執行緒長，那麼這組讀執行緒組將會被分配讀鎖。
-
原始碼如下
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);
}
複製程式碼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 只支援鎖降級
- 建議儘量不要使用鎖降級操作，獲取什麼鎖就回收什麼鎖，同一執行緒儘量不要使用兩種鎖，最為安全，除非有特殊操作則需注意
2 磁碟快取最佳設計
提供抽象類BaseCache的原始碼，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();
/**
* 讀取快取
*
* @param key 快取key
* @param existTime 快取時間
*/
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不存在去讀快取沒意義
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.開始真正的讀取快取
mLock.readLock().lock();
try {
// 讀取快取
return doLoad(type, key);
} finally {
mLock.readLock().unlock();
}
}
/**
* 儲存快取
*
* @param key 快取key
* @param value 快取內容
* @return
*/
final <T> boolean save(String key, T value) {
//1.先檢查key
Utils.checkNotNull(key, "key == null");
//2.如果要儲存的值為空,則刪除
if (value == null) {
return remove(key);
}
//3.寫入快取
boolean status = false;
mLock.writeLock().lock();
try {
status = doSave(key, value);
} finally {
mLock.writeLock().unlock();
}
return status;
}
/**
* 刪除快取
*/
final boolean remove(String key) {
mLock.writeLock().lock();
try {
return doRemove(key);
} finally {
mLock.writeLock().unlock();
}
}
/**
* 獲取快取大小
* @return
*/
long size() {
return getSize();
}
/**
* 清空快取
*/
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
* 這裡加了鎖處理，操作安全。<br>
*
* @param key 快取key
* @return 是否有快取
*/
public final boolean containsKey(String key) {
mLock.readLock().lock();
try {
return doContainsKey(key);
} finally {
mLock.readLock().unlock();
}
}
/**
* 是否包含 採用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);
/**
* 讀取快取
*/
protected abstract <T> T doLoad(Type type, String key);
/**
* 儲存
*/
protected abstract <T> boolean doSave(String key, T value);
/**
* 刪除快取
*/
protected abstract boolean doRemove(String key);
/**
* 清空快取
*/
protected abstract boolean doClear();
/**
* 獲取快取大小
*
* @return
*/
protected abstract long getSize();
}
複製程式碼