讀寫鎖

讀寫鎖是計算機程序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。多讀者鎖，，「push lock」) 用於解決讀寫問題。讀操作可並發重入，寫操作是互斥的。這意味着多個線程可以同時讀數據，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線程對內存中的某種數據結構的訪問，這種數據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。

讀寫鎖通常用互斥鎖、條件變量、信號量實現。

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線程持鎖，寫線程就拿不到鎖。多個讀者可以立刻拿到鎖，這意味着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，寫者線程可能會一直等鎖，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。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。
• 未指定優先級鎖：不提供任何讀/寫的優先級保證。

實現

使用兩把互斥鎖

Michel Raynal使用兩把互斥鎖與一個整數計數器實現。計數器b跟蹤被阻塞的讀線程。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。

使用條件變量與互斥鎖

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-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。

程序語言支持

• POSIX標準的pthread_rwlock_t與相關操作
• ReadWriteLock 接口，ReentrantReadWriteLock鎖，從Java版本5開始
• Microsoft System.Threading.ReaderWriterLockSlim鎖，用於C#與.NET語言程序
• std::shared_mutex read/write鎖在C++17
• boost::shared_mutex與boost::upgrade_mutex鎖在Boost C++ Libraries
• sync.RWMutex在Go語言
• Phase fair reader–writer lock
• std::sync::RwLock，在Rust語言
• 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

Windows操作系統

SRWLock，見Windows操作系統API，從Windows Vista開始.

讀寫鎖（Slim reader/writer，SRW， lock）用於進程內的線程間同步。 SRW既不是公平的也不是先進先出的。讀寫鎖數據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：

• 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

• 信號量
• 互斥鎖
• 調度_(計算機)
• 止步模式
• 文件鎖定
• 鎖_(計算機科學)