讀寫鎖
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讀寫鎖是電腦程式的並發控制的一種同步機制，也稱「共享-互斥鎖」、多讀者-單寫者鎖。[1]多讀者鎖[2]，「push lock」[3]) 用於解決讀寫問題。讀操作可並發重入，寫操作是互斥的。這意味著多個執行緒可以同時讀數據，但寫數據時需要獲得一個獨占的鎖。當寫者寫數據時，其它寫者或讀者需要等待，直到這個寫者完成寫操作。讀寫鎖常見的用法是控制執行緒對內存中的某種資料結構的訪問，這種資料結構不能被原子性地更新，並且在完成更新之前都是無效的。
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某些讀寫鎖允許在讀模式與寫模式之間升降級。[1]
優先級策略
讀寫鎖可以有不同的操作模式優先級：
- 讀操作優先鎖：提供了最大並發性，但在鎖競爭比較激烈的情況下，可能會導致寫操作飢餓。這是由於只要還有一個讀執行緒持鎖，寫執行緒就拿不到鎖。多個讀者可以立刻拿到鎖，這意味著一個寫者可能一直在等鎖，期間新的讀者一直可以拿到鎖。極端情況下，寫者執行緒可能會一直等鎖，直到所有一開始就拿到鎖的讀者釋放鎖。讀者的可以是弱優先級的，如前文所述，也可以是強優先級的，即只要寫者釋放鎖，任何等待的讀者總能先拿到。
- 寫操作優先鎖：如果隊列中有寫者在等鎖，則阻止任何新讀者拿鎖，來避免了寫操作飢餓的問題。一旦所有已經開始的讀操作完成，等待的寫操作立即獲得鎖。[4]和讀操作優先鎖相比，寫操作優先鎖的不足在於在寫者存在的情況下並發度低。內部實現需要兩把互斥鎖。[5]
- 未指定優先級鎖：不提供任何讀/寫的優先級保證。
實現
Michel Raynal使用兩把互斥鎖與一個整數計數器實現。計數器b跟蹤被阻塞的讀執行緒。互斥鎖r保護b，供讀者使用。互斥鎖g (指"global")確保寫操作互斥。偽代碼：
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.
實現是讀操作優先。[6]:76
可使用條件變量c與普通的互斥鎖m、整型計數器r（表示正在讀的個數）與布爾標誌w（表示正在寫）來實現讀寫鎖。
- Lock m (blocking).
- While w:
- wait c, m[a]
- Increment r.
- Unlock m.
- Lock m (blocking).
- While (w or r > 0):
- wait c, m
- Set w to true.
- Unlock m.
lock-for-read與lock-for-write各自有自己的逆操作。unlock-for-read通過減量r並在r變為0時通知c。unlock-for-write設置w為false並通知c。[7][8][9]
程序語言支持
- POSIX標準的
pthread_rwlock_t與相關操作[10] - ReadWriteLock[11] 接口，ReentrantReadWriteLock[5]鎖，從Java版本5開始
- Microsoft
System.Threading.ReaderWriterLockSlim鎖，用於C♯與.NET語言程序[12] std::shared_mutexread/write鎖在C++17[13]boost::shared_mutex與boost::upgrade_mutex鎖在Boost C++ Libraries[14]sync.RWMutex在Go語言[15]- Phase fair reader–writer lock[16]
std::sync::RwLock，在Rust語言[17]- Poco::RWLock，在POCO C++ Libraries
mse::recursive_shared_timed_mutex在SaferCPlusPlus庫，是支持std::recursive_mutex（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）的recursive ownership語義的std::shared_timed_mutex（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）的一個實現txrwlock.ReadersWriterDeferredLock，用於Twisted[18]
SRWLock，見Windows作業系統API，從Windows Vista開始.[19]
讀寫鎖（Slim reader/writer，SRW， lock）用於進程內的執行緒間同步。 SRW既不是公平的也不是先進先出的。讀寫鎖資料結構的內部實現就是一個指針。讀寫鎖的性能較臨界區有很大的提升，這是因為讀寫鎖是基於原子操作，關鍵段是基於event內核對象的，從用戶模式到內核模式的切換占用了大量的時鐘周期。相關API：[20]
- InitializeSRWLock：動態初始化SRW結構。也可以直接賦值SRWLOCK_INIT常量來靜態初始化SRW結構。不需要顯式析構。
- AcquireSRWLockShared：獲取共享讀的SRW鎖。
- AcquireSRWLockExclusive：獲取專享寫的SRW鎖。
- TryAcquireSRWLockShared：試圖獲取共享讀的SRW鎖。
- TryAcquireSRWLockExclusive：試圖獲取專享寫的SRW鎖。
- ReleaseSRWLockShared：釋放已經獲取的共享讀的SRW鎖。
- ReleaseSRWLockExclusive：釋放已經獲取的專享寫的SRW鎖。
- SleepConditionVariableSRW：在已經獲取SRW鎖的前提下，原子操作：在指定條件變量上睡眠並釋放SRW鎖
可選
read-copy-update (RCU)算法是讀寫鎖的一種替代實現。RCU對讀操作是無等待。Linux內核實現了很少寫操作的一種RCU叫做seqlock。
參見
注釋
參考文獻
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