概念
相对于之前我们提到的Mutex和ReentrantLock基本都是排他锁，这些锁在同一时刻只允许一个线程进行访问，而读写锁在同一时刻可以允许多个读线程访问，但是在写线程访问时，所有的读线程和其他写线程均被阻塞。读写锁维护了一对锁，一个读锁和一个写锁，通过分离读锁和写锁，使得并发性相比一般的排他锁有了很大提升。 除了保证写操作对读操作的可见性以及并发性的提升之外，读写锁能够简化读写交互场景的编程方式。假设在程序中定义一个共享的用作缓存数据结构，它大部分时间提供读服务（例如查询和搜索），而写操作占有的时间很少，但是写操作完成之后的更新需要对后续的读服务可见。 一般情况下，读写锁的性能都会比排它锁好，因为大多数场景读是多于写的。在读多于写的情况下，读写锁能够提供比排它锁更好的并发性和吞吐量。Java并发包提供读写锁的实现是ReentrantReadWriteLock。
特性和接口方法
ReentrantReadWriteLock定义了获取读锁和写锁的两个方法，即readLock()方法和writeLock()方法，而其实现——ReentrantReadWriteLock，除了接口方法之外，还提供了一些便于外界监控其内部工作状态的方法，我们来看一下他的特性以及提供的接口方法。
下面我们通过一个缓存示例来说明读写锁的使用方式。
1 /**
2 * @author yk
3 * @version 1.0
4 * @describe panda-example
5 * @date 2017-09-19 11:04:23
6 */
7 public class Cache {
8 static Map<String, Object> sourceDataMap = new HashMap<>();
9 static ReentrantReadWriteLock rwlock = new ReentrantReadWriteLock();
10 static Lock rLock = rwlock.readLock();
11 static Lock wLock = rwlock.writeLock();
12 //读取数据
13 public static final Object get(String key) {
14 rLock.lock();
15 try {
16 return sourceDataMap.get(key);
17 } finally {
18 rLock.unlock();
19 }
20 }
21 //写入数据
22 public static final Object add(String key, Object objValue) {
23 wLock.lock();
24 try {
25 return sourceDataMap.put(key, objValue);
26 } finally {
27 wLock.unlock();
28 }
29 }
30 //清空数据
31 public static final void empty() {
32 wLock.lock();
33 try {
34 sourceDataMap.clear();
35 } finally {
36 wLock.unlock();
37 }
38 }
39 }
Cache组合一个非线程安全的HashMap作为缓存的实现，同时使用读写锁的读锁和写锁来保证Cache是线程安全的。在读操作get(String key)方法中，需要获取读锁，这使得并发访问该方法时不会被阻塞。写操作put(String key,Object value)方法和clear()方法，在更新HashMap时必须提前获取写锁，当获取写锁后，其他线程对于读锁和写锁的获取均被阻塞，而只有写锁被释放之后，其他读写操作才能继续。Cache使用读写锁提升读操作的并发性，也保证每次写操作对所有的读写操作的可见性，同时简化了编程方式。
读写锁是依赖于自定义同步器来实现同步功能的，而读写状态就是同步器的读写状态。我们在ReentrantLock的同步器实现中，同步状态标识锁被一个线程重复获取的次数，而读写锁的自定义同步器需要在同步状态上维护多个读线程和一个写线程的状态，使得该状态的设计成为读写锁实现的关键。如果在一个整型变量上维护多种状态，就一定需要“按位切割使用”这个变量，读写锁将变量切分成了两个部分，高16位表示读，低16位表示写，划分方式如图
写锁是一个支持重进入的排它锁。如果当前线程已经获取了写锁，则增加写状态。如果当前线程在获取写锁时，读锁已经被获取（读状态不为0）或者该线程不是已经获取写锁的线程，则当前线程进入等待状态。该方法除了重入条件（当前线程为获取了写锁的线程）之外，增加了一个读锁是否存在的判断。如果存在读锁，则写锁不能被获取，原因在于：读写锁要确保写锁的操作对读锁可见，如果允许读锁在已被获取的情况下对写锁的获取，那么正在运行的其他读线程就无法感知到当前写线程的操作。因此，只有等待其他读线程都释放了读锁，写锁才能被当前线程获取，而写锁一旦被获取，则其他读写线程的后续访问均被阻塞。
1 protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
2 Thread current = Thread.currentThread();
3 int c = getState();
4 int w = exclusiveCount(c);
5 if (c != 0) {
6 // (Note: if c != 0 and w == 0 then shared count != 0)
7 if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread())
8 return false;
9 if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT)
10 throw new Error("Maximum lock count exceeded");
11 // Reentrant acquire
12 setState(c + acquires);
13 return true;
14 }
15 if (writerShouldBlock() ||
16 !compareAndSetState(c, c + acquires))
17 return false;
18 setExclusiveOwnerThread(current);
19 return true;
20 }
锁的释放与ReentrantLock的释放过程基本类似，每次释放均减少写状态，当写状态为0时表示写锁已被释放，从而等待的读写线程能够继续访问读写锁，同时前次写线程的修改对后续读写线程可见。
读锁是一个支持重进入的共享锁，它能够被多个线程同时获取，在没有其他写线程访问（或者写状态为0）时，读锁总会被成功地获取，而所做的也只是（线程安全的）增加读状态。如果当前线程已经获取了读锁，则增加读状态。如果当前线程在获取读锁时，写锁已被其他线程获取，则进入等待状态。获取读锁的实现从Java 5到Java 6变得复杂许多，主要原因是新增了一些功能，例如getReadHoldCount()方法，作用是返回当前线程获取读锁的次数。读状态是所有线程获取读锁次数的总和，而每个线程各自获取读锁的次数只能选择保存在ThreadLocal中，由线程自身维护，这使获取读锁的实现变得复杂。因此，这里将获取读锁的代码做了删减，保留必要的部分
1 protected final int tryAcquireShared(int unused) {
2 for (;;) {
3 int c = getState();
4 int nextc = c + (1 << 16);
5 if (nextc < c)
6 throw new Error("Maximum lock count exceeded");
7 if (exclusiveCount(c) != 0 && owner != Thread.currentThread())
8 return -1;
9 if (compareAndSetState(c, nextc))
10 return 1;
11 }
12 }
在tryAcquireShared(int unused)方法中，如果其他线程已经获取了写锁，则当前线程获取读锁失败，进入等待状态。如果当前线程获取了写锁或者写锁未被获取，则当前线程（线程安全，依靠CAS保证）增加读状态，成功获取读锁。读锁的每次释放（线程安全的，可能有多个读线程同时释放读锁）均减少读状态，减少的值是（1<<16）。
锁降级指的是写锁降级成为读锁。如果当前线程拥有写锁，然后将其释放，最后再获取读锁，这种分段完成的过程不能称之为锁降级。锁降级是指把持住（当前拥有的）写锁，再获取到读锁，随后释放（先前拥有的）写锁的过程。接下来看一个锁降级的示例。因为数据不常变化，所以多个线程可以并发地进行数据处理，当数据变更后，如果当前线程感知到数据变化，则进行数据的准备工作，同时其他处理线程被阻塞，直到当前线程完成数据的准备工作，如代码
1 public void processData() {
2 readLock.lock();
3 if (!update) {
4 // 必须先释放读锁
5 readLock.unlock();
6 // 锁降级从写锁获取到开始
7 writeLock.lock();
8 try {
9 if (!update) {
10 // 准备数据的流程（略）
11 update = true;
12 }
13 readLock.lock();
14 } finally {
15 writeLock.unlock();
16 }// 锁降级完成，写锁降级为读锁
17 }
18 try {
19 // 使用数据的流程（略）
20 } finally {
21 readLock.unlock();
22 }
23 }
当数据发生变更后，update变量（布尔类型且volatile修饰）被设置为false，此时所有访问processData()方法的线程都能够感知到变化，但只有一个线程能够获取到写锁，其他线程会被阻塞在读锁和写锁的lock()方法上。当前线程获取写锁完成数据准备之后，再获取
读锁，随后释放写锁，完成锁降级。 锁降级中读锁的获取是否必要呢？答案是必要的。主要是为了保证数据的可见性，如果当前线程不获取读锁而是直接释放写锁，假设此刻另一个线程（记作线程T）获取了写锁并修改了数据，那么当前线程无法感知线程T的数据更新。如果当前线程获取读锁，即遵循锁降级的步骤，则线程T将会被阻塞，直到当前线程使用数据并释放读锁之后，线程T才能获取写锁进行数据更新。RentrantReadWriteLock不支持锁升级（把持读锁、获取写锁，最后释放读锁的过程）。目的也是保证数据可见性，如果读锁已被多个线程获取，其中任意线程成功获取了写锁并更新了数据，则其更新对其他获取到读锁的线程是不可见的。