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Java8新特性探究（十）：StampedLock將是解決同步問題的新寵

Java8就像一個寶藏，一個小的API改進(jìn)，也足與寫一篇文章，比如同步，一直是多線程并發(fā)編程的一個老話題，相信沒有人喜歡同步的代碼，這會降低應(yīng)用的吞吐量等性能指標(biāo)，最壞的時候會掛起死機(jī)，但是即使這樣你也沒得選擇，因為要保證信息的正確性。所以本文決定將從synchronized、Lock到Java8新增的StampedLock進(jìn)行對比分析，相信StampedLock不會讓大家失望。

synchronized

在java5之前，實現(xiàn)同步主要是使用synchronized。它是Java語言的關(guān)鍵字，當(dāng)它用來修飾一個方法或者一個代碼塊的時候，能夠保證在同一時刻最多只有一個線程執(zhí)行該段代碼。

有四種不同的同步塊：

實例方法
靜態(tài)方法
實例方法中的同步塊
靜態(tài)方法中的同步塊

大家對此應(yīng)該不陌生，所以不多講了，以下是代碼示例

 
 
  
  synchronized(this) 
  
  // do operation 
  
  }

小結(jié)：在多線程并發(fā)編程中Synchronized一直是元老級角色，很多人都會稱呼它為重量級鎖，但是隨著Java SE1.6對Synchronized進(jìn)行了各種優(yōu)化之后，性能上也有所提升。

Lock

它是Java 5在java.util.concurrent.locks新增的一個API。

Lock是一個接口，核心方法是lock()，unlock()，tryLock()，實現(xiàn)類有ReentrantLock, ReentrantReadWriteLock.ReadLock, ReentrantReadWriteLock.WriteLock；

ReentrantReadWriteLock, ReentrantLock 和synchronized鎖都有相同的內(nèi)存語義。

與synchronized不同的是，Lock完全用Java寫成，在java這個層面是無關(guān)JVM實現(xiàn)的。Lock提供更靈活的鎖機(jī)制，很多synchronized 沒有提供的許多特性，比如鎖投票，定時鎖等候和中斷鎖等候，但因為lock是通過代碼實現(xiàn)的，要保證鎖定一定會被釋放，就必須將unLock()放到finally{}中

下面是Lock的一個代碼示例

 
 
  
  rwlock.writeLock().lock(); 
  
  try { 
  
  // do operation 
  
  } finally { 
  
  rwlock.writeLock().unlock(); 
  
  }

小結(jié)：比synchronized更靈活、更具可伸縮性的鎖定機(jī)制，但不管怎么說還是synchronized代碼要更容易書寫些

StampedLock

它是java8在java.util.concurrent.locks新增的一個API。

ReentrantReadWriteLock 在沒有任何讀寫鎖時，才可以取得寫入鎖，這可用于實現(xiàn)了悲觀讀?。≒essimistic Reading），即如果執(zhí)行中進(jìn)行讀取時，經(jīng)?？赡苡辛硪粓?zhí)行要寫入的需求，為了保持同步，ReentrantReadWriteLock 的讀取鎖定就可派上用場。

然而，如果讀取執(zhí)行情況很多，寫入很少的情況下，使用 ReentrantReadWriteLock 可能會使寫入線程遭遇饑餓（Starvation）問題，也就是寫入線程吃吃無法競爭到鎖定而一直處于等待狀態(tài)。

StampedLock控制鎖有三種模式（寫，讀，樂觀讀），一個StampedLock狀態(tài)是由版本和模式兩個部分組成，鎖獲取方法返回一個數(shù)字作為票據(jù)stamp，它用相應(yīng)的鎖狀態(tài)表示并控制訪問，數(shù)字0表示沒有寫鎖被授權(quán)訪問。在讀鎖上分為悲觀鎖和樂觀鎖。

所謂的樂觀讀模式，也就是若讀的操作很多，寫的操作很少的情況下，你可以樂觀地認(rèn)為，寫入與讀取同時發(fā)生幾率很少，因此不悲觀地使用完全的讀取鎖定，程序可以查看讀取資料之后，是否遭到寫入執(zhí)行的變更，再采取后續(xù)的措施（重新讀取變更信息，或者拋出異常），這一個小小改進(jìn)，可大幅度提高程序的吞吐量?。?/p>

下面是java doc提供的StampedLock一個例子

 
 
  
  class Point { 
  
     private double x, y; 
  
     private final StampedLock sl = new StampedLock(); 
  
     void move(double deltaX, double deltaY) { // an exclusively locked method 
  
       long stamp = sl.writeLock(); 
  
       try { 
  
         x += deltaX; 
  
         y += deltaY; 
  
       } finally { 
  
         sl.unlockWrite(stamp); 
  
       } 
  
     } 
  
    //下面看看樂觀讀鎖案例 
  
     double distanceFromOrigin() { // A read-only method 
  
       long stamp = sl.tryOptimisticRead(); //獲得一個樂觀讀鎖 
  
       double currentX = x, currentY = y; //將兩個字段讀入本地局部變量 
  
       if (!sl.validate(stamp)) { //檢查發(fā)出樂觀讀鎖后同時是否有其他寫鎖發(fā)生？ 
  
          stamp = sl.readLock(); //如果沒有，我們再次獲得一個讀悲觀鎖 
  
          try { 
  
            currentX = x; // 將兩個字段讀入本地局部變量 
  
            currentY = y; // 將兩個字段讀入本地局部變量 
  
          } finally { 
  
             sl.unlockRead(stamp); 
  
          } 
  
       } 
  
       return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY); 
  
     } 
  
  //下面是悲觀讀鎖案例 
  
     void moveIfAtOrigin(double newX, double newY) { // upgrade 
  
       // Could instead start with optimistic, not read mode 
  
       long stamp = sl.readLock(); 
  
       try { 
  
         while (x == 0.0 && y == 0.0) { //循環(huán)，檢查當(dāng)前狀態(tài)是否符合 
  
           long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp); //將讀鎖轉(zhuǎn)為寫鎖 
  
           if (ws != 0L) { //這是確認(rèn)轉(zhuǎn)為寫鎖是否成功 
  
             stamp = ws; //如果成功 替換票據(jù) 
  
             x = newX; //進(jìn)行狀態(tài)改變 
  
             y = newY; //進(jìn)行狀態(tài)改變 
  
             break; 
  
           } 
  
           else { //如果不能成功轉(zhuǎn)換為寫鎖 
  
             sl.unlockRead(stamp); //我們顯式釋放讀鎖 
  
             stamp = sl.writeLock(); //顯式直接進(jìn)行寫鎖 然后再通過循環(huán)再試 
  
           } 
  
         } 
  
       } finally { 
  
         sl.unlock(stamp); //釋放讀鎖或?qū)戞i 
  
       } 
  
     } 
  
   }

小結(jié)：

StampedLock要比ReentrantReadWriteLock更加廉價，也就是消耗比較小。

StampedLock與ReadWriteLock性能對比

下圖是和ReadWritLock相比，在一個線程情況下，是讀速度其4倍左右，寫是1倍。

下圖是六個線程情況下，讀性能是其幾十倍，寫性能也是近10倍左右：

下圖是吞吐量提高：

總結(jié)

1、synchronized是在JVM層面上實現(xiàn)的，不但可以通過一些監(jiān)控工具監(jiān)控synchronized的鎖定，而且在代碼執(zhí)行時出現(xiàn)異常，JVM會自動釋放鎖定；

2、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock,、StampedLock都是對象層面的鎖定，要保證鎖定一定會被釋放，就必須將unLock()放到finally{}中；

3、StampedLock 對吞吐量有巨大的改進(jìn)，特別是在讀線程越來越多的場景下；

4、StampedLock有一個復(fù)雜的API，對于加鎖操作，很容易誤用其他方法;

5、當(dāng)只有少量競爭者的時候，synchronized是一個很好的通用的鎖實現(xiàn);

6、當(dāng)線程增長能夠預(yù)估，ReentrantLock是一個很好的通用的鎖實現(xiàn);

StampedLock 可以說是Lock的一個很好的補(bǔ)充，吞吐量以及性能上的提升足以打動很多人了，但并不是說要替代之前Lock的東西，畢竟他還是有些應(yīng)用場景的，起碼API比StampedLock容易入手，下篇博文爭取更新快一點，可能會是Nashorn的內(nèi)容，這里允許我先賣個關(guān)子。。。

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