Android读写锁的应用,以及最佳的磁盘缓存设计

Android   2019-01-04 10:09:08 发布
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前言

相信磁盘缓存在绝大部分的app上都有应用,相对于数据库缓存来说,可以不要注重于缓存的管理,比较开放和随意。

再加上jakewharton早年间发布的disklrucache框架,让我们使用磁盘缓存更加简单,效率上和数据库缓存也拉进了一步,以后有时间我在加上disklrucache的缓存解读。

但是在多线程的环境下,对同一份数据进行读写,会涉及到线程安全的问题。比如在一个线程读取数据的时候,另外一个线程在写数据,而导致前后数据的不一致性;一个线程在写数据的时候,另一个线程也在写,同样也会导致线程前后看到的数据的不一致性。更严重的是一个线程在写的时候,另一个线程在读。这里的数据不一致是对于文件来说的,当文件里的数据存储的json时,残缺的数据或者不完整的数据无法生成对象,判断没有写好甚至是报错闪退。

常见解决方案

使用Synchronized同步锁保护线程安全,但是Synchronized存在明显的一个性能问题就是读与读之间互斥,也就是说两个线程的读操作是顺序执行的 下面给大家看下代码方便理解

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("开始运行时间:"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("结束运行时间:"+System.currentTimeMillis());
    }

我们来看一下运行结果,结论两个两个线程的读操作是顺序执行的,如果读的次数多这个太影响性能了

Android读写锁的应用,以及最佳的磁盘缓存设计

思考

最佳的方案通俗的来讲应该是,可以很多人同时读,但不能同时写,有人在写的时候不能同时读也不能同时写,官方说法是读和读互不影响,读和写互斥,写和写互斥,好了接下来就是介绍今天的主角ReadWriteLock 读写锁

ReadWriteLock介绍

1.1 ReadWriteLock的位置

ReadWriteLock是Java自带的 所处位置 java.util.concurrent.locks,属于java并发方案中的一种

1.2 ReadWriteLock是一个接口,主要有两个方法,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,那我们真正要用的是实现了该接口的类 ReentrantReadWriteLock 可重入读写锁

1.3可重人

可重入锁,就是说一个线程在获取某个锁后,还可以继续获取该锁,即允许一个线程多次获取同一个锁。通俗的来讲就是支持在同一个线程里面对多个文件进行读写操作,都可以获取同一个锁,但是获取多少锁就要回收多少锁,下面给个例子方便理解

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("子线程运行");
                lock.writeLock().unlock();
            }
        }).start();

        System.out.println("主线程运行");
        lock.writeLock().unlock();
//        lock.writeLock().unlock(); 获取两次锁,只释放一次锁
        
    }

运行结果

Android读写锁的应用,以及最佳的磁盘缓存设计

注意:因为主线程2次获取了锁,但是却只释放1次锁,造成死锁,导致新线程永远也不能获取锁。一个线程获取多少次锁,就必须释放多少次锁

1.4 获取锁顺序

  • 非公平模式(默认)

    当以非公平初始化时,读锁和写锁的获取的顺序是不确定的。非公平锁主张竞争获取,可能会延缓一个或多个读或写线程,但是会比公平锁有更高的吞吐量。

  • 公平模式

    当以公平模式初始化时,线程将会以队列的顺序获取锁。当当前线程释放锁后,等待时间最长的写锁线程就会被分配写锁;或者有一组读线程组等待时间比写线程长,那么这组读线程组将会被分配读锁。

  • 源码如下

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 锁升级和锁降级

  • 锁降级:从写锁变成读锁;
  • 锁升级:从读锁变成写锁。
  • ReentrantReadWriteLock 只支持锁降级
  • 建议尽量不要使用锁降级操作,获取什么锁就回收什么锁,同一线程尽量不要使用两种锁,最为安全,除非有特殊操作则需注意

2 磁盘缓存最佳设计

提供抽象类BaseCache的源码,具体实现大家可以通过自己的实际情况去拓展

public abstract class BaseCache {

    private final ReadWriteLock mLock = new ReentrantReadWriteLock();

    /**
     * 读取缓存
     *
     * @param key       缓存key
     * @param existTime 缓存时间
     */
    final <T> T load(Type type, String key, long existTime) {
        //1.先检查key
        Utils.checkNotNull(key, "key == null");

        //2.判断key是否存在,key不存在去读缓存没意义
        if (!containsKey(key)) {
            return null;
        }

        //3.判断是否过期,过期自动清理
        if (isExpiry(key, existTime)) {
            remove(key);
            return null;
        }

        //4.开始真正的读取缓存
        mLock.readLock().lock();
        try {
            // 读取缓存
            return doLoad(type, key);
        } finally {
            mLock.readLock().unlock();
        }
    }

    /**
     * 保存缓存
     *
     * @param key   缓存key
     * @param value 缓存内容
     * @return
     */
    final <T> boolean save(String key, T value) {
        //1.先检查key
        Utils.checkNotNull(key, "key == null");

        //2.如果要保存的值为空,则删除
        if (value == null) {
            return remove(key);
        }

        //3.写入缓存
        boolean status = false;
        mLock.writeLock().lock();
        try {
            status = doSave(key, value);
        } finally {
            mLock.writeLock().unlock();
        }
        return status;
    }

    /**
     * 删除缓存
     */
    final boolean remove(String key) {
        mLock.writeLock().lock();
        try {
            return doRemove(key);
        } finally {
            mLock.writeLock().unlock();
        }
    }


    /**
     * 获取缓存大小
     * @return
     */
    long size() {
        return getSize();
    }

    /**
     * 清空缓存
     */
    final boolean clear() {
        mLock.writeLock().lock();
        try {
            return doClear();
        } finally {
            mLock.writeLock().unlock();
        }
    }

    /**
     * 是否包含 加final 是让子类不能被重写,只能使用doContainsKey
     * 这里加了锁处理,操作安全。<br>
     *
     * @param key 缓存key
     * @return 是否有缓存
     */
    public final boolean containsKey(String key) {
        mLock.readLock().lock();
        try {
            return doContainsKey(key);
        } finally {
            mLock.readLock().unlock();
        }
    }

    /**
     * 是否包含  采用protected修饰符  被子类修改
     */
    protected abstract boolean doContainsKey(String key);

    /**
     * 是否过期
     */
    protected abstract boolean isExpiry(String key, long existTime);

    /**
     * 读取缓存
     */
    protected abstract <T> T doLoad(Type type, String key);

    /**
     * 保存
     */
    protected abstract <T> boolean doSave(String key, T value);

    /**
     * 删除缓存
     */
    protected abstract boolean doRemove(String key);

    /**
     * 清空缓存
     */
    protected abstract boolean doClear();

    /**
     * 获取缓存大小
     *
     * @return
     */
    protected abstract long getSize();
}

 

来自: http://www.jianshu.com/p/4c925ebf3d34

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