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?概述
想到讀寫(xiě)鎖，大家第一時(shí)間想到的可能是ReentrantReadWriteLock?。實(shí)際上，在jdk8以后，java提供了一個(gè)性能更優(yōu)越的讀寫(xiě)鎖并發(fā)類(lèi)StampedLock?，該類(lèi)的設(shè)計(jì)初衷是作為一個(gè)內(nèi)部工具類(lèi)，用于輔助開(kāi)發(fā)其它線程安全組件，用得好，該類(lèi)可以提升系統(tǒng)性能，用不好，容易產(chǎn)生死鎖和其它莫名其妙的問(wèn)題。本文主要和大家一起學(xué)習(xí)下StampedLock的功能和使用。
目前創(chuàng)新互聯(lián)公司已為上千的企業(yè)提供了網(wǎng)站建設(shè)、域名、網(wǎng)站空間、網(wǎng)站托管、服務(wù)器托管、企業(yè)網(wǎng)站設(shè)計(jì)、愛(ài)輝網(wǎng)站維護(hù)等服務(wù)，公司將堅(jiān)持客戶(hù)導(dǎo)向、應(yīng)用為本的策略，正道將秉承"和諧、參與、激情"的文化，與客戶(hù)和合作伙伴齊心協(xié)力一起成長(zhǎng)，共同發(fā)展。
StampedLock介紹
StampedLock?的狀態(tài)由版本和模式組成。鎖獲取方法返回一個(gè)戳，該戳表示并控制對(duì)鎖狀態(tài)的訪問(wèn)。StampedLock提供了3種模式控制訪問(wèn)鎖：
寫(xiě)模式
獲取寫(xiě)鎖，它是獨(dú)占的，當(dāng)鎖處于寫(xiě)模式時(shí)，無(wú)法獲得讀鎖，所有樂(lè)觀讀驗(yàn)證都將失敗。
- writeLock()： 阻塞等待獨(dú)占獲取鎖，返回一個(gè)戳， 如果是0表示獲取失敗。
- tryWriteLock()：嘗試獲取一個(gè)寫(xiě)鎖，返回一個(gè)戳， 如果是0表示獲取失敗。
- long tryWriteLock(long time, TimeUnit unit): 嘗試獲取一個(gè)獨(dú)占寫(xiě)鎖，可以等待一段事件，返回一個(gè)戳， 如果是0表示獲取失敗。
- long writeLockInterruptibly(): 試獲取一個(gè)獨(dú)占寫(xiě)鎖，可以被中斷，返回一個(gè)戳， 如果是0表示獲取失敗。
- unlockWrite(long stamp)：釋放獨(dú)占寫(xiě)鎖，傳入之前獲取的戳。
- tryUnlockWrite()：如果持有寫(xiě)鎖，則釋放該鎖，而不需要戳值。這種方法可能對(duì)錯(cuò)誤后的恢復(fù)很有用。
long stamp = lock.writeLock();
try {
....
} finally {
lock.unlockWrite(stamp);
}
讀模式
悲觀的方式后去非獨(dú)占讀鎖。
- readLock()： 阻塞等待獲取非獨(dú)占的讀鎖，返回一個(gè)戳， 如果是0表示獲取失敗。
- tryReadLock()：嘗試獲取一個(gè)讀鎖，返回一個(gè)戳， 如果是0表示獲取失敗。
- long tryReadLock(long time, TimeUnit unit): 嘗試獲取一個(gè)讀鎖，可以等待一段事件，返回一個(gè)戳， 如果是0表示獲取失敗。
- long readLockInterruptibly(): 阻塞等待獲取非獨(dú)占的讀鎖，可以被中斷，返回一個(gè)戳， 如果是0表示獲取失敗。
- unlockRead(long stamp)：釋放非獨(dú)占的讀鎖，傳入之前獲取的戳。
- tryUnlockRead()：如果讀鎖被持有，則釋放一次持有，而不需要戳值。這種方法可能對(duì)錯(cuò)誤后的恢復(fù)很有用。
long stamp = lock.readLock();
try {
....
} finally {
lock.unlockRead(stamp);
}
樂(lè)觀讀模式
樂(lè)觀讀也就是若讀的操作很多，寫(xiě)的操作很少的情況下，你可以樂(lè)觀地認(rèn)為，寫(xiě)入與讀取同時(shí)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(xiě)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(gè)小小改進(jìn)，可大幅度提高程序的吞吐量。
StampedLock?支持 tryOptimisticRead()方法，讀取完畢后做一次戳校驗(yàn)，如果校驗(yàn)通過(guò)，表示這期間沒(méi)有其他線程的寫(xiě)操作，數(shù)據(jù)可以安全使用，如果校驗(yàn)沒(méi)通過(guò)，需要重新獲取讀鎖，保證數(shù)據(jù)一致性。
- tryOptimisticRead(): 返回稍后可以驗(yàn)證的戳記，如果獨(dú)占鎖定則返回零。
- boolean validate(long stamp): 如果自給定戳記發(fā)行以來(lái)鎖還沒(méi)有被獨(dú)占獲取，則返回true。
long stamp = lock.tryOptimisticRead();
// 驗(yàn)戳
if(!lock.validate(stamp)){
// 鎖升級(jí)
}
此外，StampedLock 提供了api實(shí)現(xiàn)上面3種方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換：
- long tryConvertToWriteLock(long stamp)
如果鎖狀態(tài)與給定的戳記匹配，則執(zhí)行以下操作之一。如果戳記表示持有寫(xiě)鎖，則返回它。或者，如果是讀鎖，如果寫(xiě)鎖可用，則釋放讀鎖并返回寫(xiě)戳記?；蛘?，如果是樂(lè)觀讀，則僅在立即可用時(shí)返回寫(xiě)戳記。該方法在所有其他情況下返回零
- long tryConvertToReadLock(long stamp)
如果鎖狀態(tài)與給定的戳記匹配，則執(zhí)行以下操作之一。如果戳記表示持有寫(xiě)鎖，則釋放它并獲得讀鎖?；蛘撸绻亲x鎖，返回它。或者，如果是樂(lè)觀讀，則僅在立即可用時(shí)才獲得讀鎖并返回讀戳記。該方法在所有其他情況下返回零。
- long tryConvertToOptimisticRead(long stamp)
如果鎖狀態(tài)與給定的戳記匹配，那么如果戳記表示持有鎖，則釋放它并返回一個(gè)觀察戳記?；蛘撸绻菢?lè)觀讀，則在驗(yàn)證后返回它。該方法在所有其他情況下返回0，因此作為“tryUnlock”的形式可能很有用。
演示例子
下面用一個(gè)例子演示下StampedLock的使用，例子來(lái)源jdk中的javadoc。
@Slf4j
@Data
public class Point {
private double x, y;
private final StampedLock sl = new StampedLock();
void move(double deltaX, double throws{
//涉及對(duì)共享資源的修改，使用寫(xiě)鎖-獨(dú)占操作
long stamp = sl.writeLock();
log.info("writeLock lock success");
Thread.sleep(500);
try {
x += deltaX;
y += deltaY;
} finally {
sl.unlockWrite(stamp);
log.info("unlock write lock success");
}
}
/**
* 使用樂(lè)觀讀鎖訪問(wèn)共享資源
* 注意：樂(lè)觀讀鎖在保證數(shù)據(jù)一致性上需要拷貝一份要操作的變量到方法棧，并且在操作數(shù)據(jù)時(shí)候可能其他寫(xiě)線程已經(jīng)修改了數(shù)據(jù)，
* 而我們操作的是方法棧里面的數(shù)據(jù)，也就是一個(gè)快照，所以最多返回的不是最新的數(shù)據(jù)，但是一致性還是得到保障的。
*
* @return
*/
double distanceFromOrigin() throws{
long stamp = sl.tryOptimisticRead(); // 使用樂(lè)觀讀鎖
log.info("tryOptimisticRead lock success");
// 睡一秒中
Thread.sleep(1000);
double currentX = x, currentY = y; // 拷貝共享資源到本地方法棧中
if (!sl.validate(stamp)) { // 如果有寫(xiě)鎖被占用，可能造成數(shù)據(jù)不一致，所以要切換到普通讀鎖模式
log.info("validate stamp error");
stamp = sl.readLock();
log.info("readLock success");
try {
currentX = x;
currentY = y;
} finally {
sl.unlockRead(stamp);
log.info("unlock read success");
}
}
return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
}
void moveIfAtOrigin(double newX, double{ // upgrade
// Could instead start with optimistic, not read mode
long stamp = sl.readLock();
try {
while (x == 0.0 && y == 0.0) {
long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp); //讀鎖轉(zhuǎn)換為寫(xiě)鎖
if (ws != 0L) {
stamp = ws;
x = newX;
y = newY;
break;
} else {
sl.unlockRead(stamp);
stamp = sl.writeLock();
}
}
} finally {
sl.unlock(stamp);
}
}
}
測(cè)試用例：
@Test
public void testStamped() throws InterruptedException {
Point point = new Point();
point.setX(1);
point.setY(2);
// 線程0 執(zhí)行了樂(lè)觀讀
Thread thread0 = new Thread(() -> {
try {
// 樂(lè)觀讀
point.distanceFromOrigin();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, "thread-0");
thread0.start();
Thread.sleep(500);
// 線程1 執(zhí)行寫(xiě)鎖
Thread thread1 = new Thread(() -> {
// 樂(lè)觀讀
try {
point.move(3, 4);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, "thread-1");
thread1.start();
thread0.join();
thread1.join();
}
結(jié)果：
性能對(duì)比
正是由于StampedLock?的樂(lè)觀讀模式，早就StampedLock的高性能和高吞吐量，那么具體的性能提高有多少呢？
下圖是和ReadWritLock相比，在一個(gè)線程情況下，讀速度是其4倍左右，寫(xiě)是1倍。
下圖是16個(gè)線程情況下，讀性能是其幾十倍，寫(xiě)性能也是近10倍左右：
下圖是吞吐量提高：
那么這樣是不是說(shuō)StampedLock?可以全方位的替代ReentrantReadWriteLock?, 答案是否定的，StampedLock?相對(duì)于ReentrantReadWriteLock有下面兩個(gè)問(wèn)題：
- 不支持條件變量Condition
- 不支持可重入
所以最終選擇StampedLock?還是ReentrantReadWriteLock，還是要看具體的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。
總結(jié)
本文主要講解了StampedLock?的功能和使用，至于原理，StampedLock雖然不像其它鎖一樣定義了內(nèi)部類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)AQS框架，但是StampedLock的基本實(shí)現(xiàn)思路還是利用CLH隊(duì)列進(jìn)行線程的管理，通過(guò)同步狀態(tài)值來(lái)表示鎖的狀態(tài)和類(lèi)型，具體的源碼實(shí)現(xiàn)大家感興趣的自己可以追蹤看看。
本文標(biāo)題：都已經(jīng)2023年了，你還不知道StampedLock嗎？
新聞來(lái)源：http://www.dlmjj.cn/article/dpishde.html
