问题 29

这是一道来自 GATE-CS-2004 的问题，涉及到可写可读的锁。以下是题目描述：

在并发程序中，锁的可写可读性质很重要。考虑一个锁，具有如下两种属性：

1. 可以被多个线程并行读取
2. 只能被一个线程写入

该锁的一个可能的实现是为每个线程维护一个读取计数器和一个写入标记。读取计数器记录的是当前正在读取的线程数量，写入标记表示锁当前是否被写入。锁的规则如下：

1. 一个线程可以执行读操作，只要当前没有线程正在写（也就是写入标记为假）。
2. 一个线程执行写操作时，必须等待没有任何线程正在读或写，然后将写入标记设为真。
3. 当一个线程正在写，并且其它线程正在读，那么其它线程不能再读，但是可以等待写操作完成，然后继续读取。

请给出这种锁的一个可能的实现，包括相应的操作和数据结构。

以下是可能的实现：

class ReadWriteLock {
    private int readers;  // 当前读取的线程数量
    private boolean writing;  // 声明写标记

    public synchronized void acquireReadLock() throws InterruptedException {
        while (writing) {  // 如果有线程在写，那么等待
            wait();
        }
        readers++;  // 读取线程数量增加
    }

    public synchronized void releaseReadLock() {  // 释放读取锁
        readers--;  // 读取线程数量减少
        if (readers == 0) {  // 如果当前没有正在读取的线程
            notifyAll();  // 唤醒等待的线程
        }
    }

    public synchronized void acquireWriteLock() throws InterruptedException {
        while (writing || readers != 0) {  // 如果有线程正在读取或写入，那么等待
            wait();
        }
        writing = true;  // 标记锁为正在写入
    }

    public synchronized void releaseWriteLock() {  // 释放写入锁
        writing = false;  // 将锁标记为不在写入状态
        notifyAll();  // 唤醒等待的线程
    }
}

这个实现使用了一个 readers 变量记录当前正在读的线程数量，并使用一个 writing 变量记录锁当前是否正在写入。方法 acquireReadLock 和 acquireWriteLock 分别用于获取读取锁和写入锁，并在必要时等待。方法 releaseReadLock 和 releaseWriteLock 用于释放读取锁和写入锁，并使用 notifyAll 方法唤醒可能在等待的线程。

该程序中采用了 Java 中的 synchronized 机制来实现线程同步和互斥。因此，任何时候只有一个线程能够访问共享变量和方法，并且在进入 synchronized 块之前，线程必须获得对象的锁。

以下是上述代码的一个示例使用：

class MyThread extends Thread {
    private ReadWriteLock lock;

    public MyThread(ReadWriteLock lock) {
        this.lock = lock;
    }

    public void run() {
        try {
            lock.acquireWriteLock();
            System.out.println("Thread " + this.getId() + " is now writing.");
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.releaseWriteLock();
            System.out.println("Thread " + this.getId() + " has finished writing.");
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ReadWriteLock lock = new ReadWriteLock();
        MyThread t1 = new MyThread(lock);
        MyThread t2 = new MyThread(lock);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

以上代码创建了两个线程（t1 和 t2），它们都会尝试获取一个 ReadWriteLock 对象的写入锁。由于该锁具有多个读者和一个写者的属性，因此第一个线程获得写入锁时，第二个线程必须等待。在线程执行写入操作之后，它必须释放锁。

该程序的输出如下所示：

Thread 1 is now writing.
Thread 1 has finished writing.
Thread 2 is now writing.
Thread 2 has finished writing.

以上是该问题的解决方案和关键细节。该实现确保了线程安全并正确实现了读写锁的属性。