Windows Programming/读写锁

读写锁（Slim Read Write Lock, SRW）是自Windows Vista 引入的线程同步用的轻量级工具。从React OS的实现看，SRW具有下述特点：

适用于一个进程内部各线程的读操作、写操作同步
各线程采用自旋锁忙等待

SRW Lock是一个4字节长的指针。它的低4位被用于4个不同的标志，对应的宏定义：

#define RTL_SRWLOCK_OWNED_BIT   0       //是否有线程正占有资源
#define RTL_SRWLOCK_CONTENDED_BIT   1   //是否有线程在等待 
#define RTL_SRWLOCK_SHARED_BIT  2       //是否有线程正在读取 
#define RTL_SRWLOCK_CONTENTION_LOCK_BIT 3  //作为线程等待块（WaitBlock）链表的表头指针修改时的自旋锁

#define RTL_SRWLOCK_OWNED   (1 << RTL_SRWLOCK_OWNED_BIT) //第0位为1表示有线程正在读/写共享资源  
#define RTL_SRWLOCK_CONTENDED   (1 << RTL_SRWLOCK_CONTENDED_BIT) //第1位为1表示一个或者多个生产线程在等待独占资源  
#define RTL_SRWLOCK_SHARED  (1 << RTL_SRWLOCK_SHARED_BIT)//第2位为1表示一个或者多个消费线程正在读取  
#define RTL_SRWLOCK_CONTENTION_LOCK (1 << RTL_SRWLOCK_CONTENTION_LOCK_BIT) //第3位为1标识有一个线程在修改WAITBLOCK结构的表头指针  

#define RTL_SRWLOCK_MASK    (RTL_SRWLOCK_OWNED | RTL_SRWLOCK_CONTENDED | \  
	RTL_SRWLOCK_SHARED | RTL_SRWLOCK_CONTENTION_LOCK)
#define RTL_SRWLOCK_BITS    4

SRW Lock的高28位的作用：

只有读操作线程时，则是所有读操作线程的数量；
有写操作线程时，是线程等待块（Wait Block）链表的表头指针。因为它所指向的内存块的对齐方式是16个字节，即地址的最低4位都是0。写/读线程分别调用AcquireSRWLockExclusive或者AcquireSRWLockShared时，会将一个在线程栈上构建的结构体挂入SRW Lock所指向的链表。

等待块的结构体定义：

typedef struct _RTLP_SRWLOCK_WAITBLOCK
{
 LONG SharedCount; //有多少线程 在等待读取  
 volatile struct _RTLP_SRWLOCK_WAITBLOCK *Last;
 volatile struct _RTLP_SRWLOCK_WAITBLOCK *Next;   //链表节指针  

 union
 {
    LONG Wake;                                   //非0表示可以被唤醒，0表示继续睡眠  
    struct
    {
       PRTLP_SRWLOCK_SHARED_WAKE SharedWakeChain;   //需要被唤醒的消费线程链表  
       PRTLP_SRWLOCK_SHARED_WAKE LastSharedWake;//最后一个要被唤醒的读操作线程。如果多个读操作线程等待，形成一个链表  
    };
 };
 BOOLEAN Exclusive;              //1表示该结构体对象由生产线程构建在栈上，0表示结构体由消费线程构建在栈上  
} volatile RTLP_SRWLOCK_WAITBLOCK, *PRTLP_SRWLOCK_WAITBLOCK;

typedef struct _RTLP_SRWLOCK_SHARED_WAKE //单向链表结构 ，代表每个需要被唤醒的读线程
{
	LONG Wake;   //唤醒标志，非0唤醒，0睡眠  
	volatile struct _RTLP_SRWLOCK_SHARED_WAKE *Next;
} volatile RTLP_SRWLOCK_SHARED_WAKE, *PRTLP_SRWLOCK_SHARED_WAKE;

总结状态-动作表（有限状态自动机）：

读写锁状态			读线程申请锁	读线程释放锁	写线程申请锁	写线程释放锁	注释
占用与等待线程均为空			高24位共享计数置1，置位RTL_SRWLOCK_SHARED与RTL_SRWLOCK_OWNED	不可能	置位RTL_SRWLOCK_OWNED	不可能	初始化状态
读线程占用	无等待线程		高24位共享计数加1，保持RTL_SRWLOCK_SHARED 与RTL_SRWLOCK_OWNED置位	高24位共享计数减1，不为0则保持SHARED与OWND置位	栈上的StackWaitBlock 成为第一个等待块，置位 RTL_SRWLOCK_SHARED,RTL_SRWLOCK_OWNED与 RTL_SRWLOCK_CONTENDED	不可能	示例
	有线程等待，第一个等待线程是写线程	最后一个等待线程是写线程	栈上的StackWaitBlock 加入等待线程列表的尾部	共享计数减1后如果为0，则等待块链表表头指向第二个等待块或置空，原来的第一个等待块Wake标志置位	栈上的StackWaitBlock 加入等待线程列表的尾部	不可能	示例
	有线程等待，第一个等待线程是写线程	最后一个等待线程是读线程	栈上的SharedWake 块加入最后一个等待块的读线程链表的尾部，最后一个等待块的共享计数加1	共享计数减1后如果为0，则等待块链表表头指向第二个等待块或置空，原来的第一个等待块Wake标志置位		不可能	示例
	有线程等待，第一个等待线程是读线程		栈上的SharedWake 块加入第一个等待块的读线程链表的尾部，第一个等待块的共享计数加1	不可能		不可能	示例
写线程占用	无等待线程		栈上的SharedWake 块成为第一个等待块，置位RTL_SRWLOCK_OWNED 与 RTL_SRWLOCK_CONTENDED	不可能	栈上的StackWaitBlock 成为第一个等待块，置位 RTL_SRWLOCK_SHARED,RTL_SRWLOCK_OWNED与 RTL_SRWLOCK_CONTENDED	置为全0	示例
	有等待线程	最后等待线程是写线程	栈上的StackWaitBlock 加入等待线程列表的尾部	不可能	栈上的StackWaitBlock 加入等待线程列表的尾部	调整等待块表头指针指向第二个等待块或为空；原来第一个等待块如果为写操作则Wake标志置位，如果为读操作则SharedBlock链表的每一个块Wake标志置位	示例
	有等待线程	最后等待线程是读线程	栈上的SharedWake 块加入最后一个等待块的读线程链表的尾部，最后一个等待块的共享计数加1	不可能	栈上的StackWaitBlock 加入等待线程列表的尾部		示例

下面是各API的具体实现：

VOID NTAPI RtlInitializeSRWLock(OUT PRTL_SRWLOCK SRWLock)
{
    SRWLock->Ptr = NULL;   //直接赋值为0
}