概述
想到读写锁,大家第一时间想到的可能是ReentrantReadWriteLock
。实际上,在jdk8以后,java提供了一个性能更优越的读写锁并发类StampedLock
,该类的设计初衷是作为一个内部工具类,用于辅助开发其它线程安全组件,用得好,该类可以提升系统性能,用不好,容易产生死锁和其它莫名其妙的问题。本文主要和大家一起学习下StampedLock
的功能和使用。
StampedLock介绍
StampedLock
的状态由版本和模式组成。锁获取方法返回一个戳,该戳表示并控制对锁状态的访问。StampedLock
提供了3种模式控制访问锁:
1.写模式
获取写锁,它是独占的,当锁处于写模式时,无法获得读锁,所有乐观读验证都将失败。
- writeLock(): 阻塞等待独占获取锁,返回一个戳, 如果是0表示获取失败。
- tryWriteLock():尝试获取一个写锁,返回一个戳, 如果是0表示获取失败。
- long tryWriteLock(long time, TimeUnit unit): 尝试获取一个独占写锁,可以等待一段事件,返回一个戳, 如果是0表示获取失败。
- long writeLockInterruptibly(): 试获取一个独占写锁,可以被中断,返回一个戳, 如果是0表示获取失败。
- unlockWrite(long stamp):释放独占写锁,传入之前获取的戳。
- tryUnlockWrite():如果持有写锁,则释放该锁,而不需要戳值。这种方法可能对错误后的恢复很有用。
long stamp = lock.writeLock(); try { .... } finally { lock.unlockWrite(stamp); }
2.读模式
悲观的方式后去非独占读锁。
- readLock(): 阻塞等待获取非独占的读锁,返回一个戳, 如果是0表示获取失败。
- tryReadLock():尝试获取一个读锁,返回一个戳, 如果是0表示获取失败。
- long tryReadLock(long time, TimeUnit unit): 尝试获取一个读锁,可以等待一段事件,返回一个戳, 如果是0表示获取失败。
- long readLockInterruptibly(): 阻塞等待获取非独占的读锁,可以被中断,返回一个戳, 如果是0表示获取失败。
- unlockRead(long stamp):释放非独占的读锁,传入之前获取的戳。
- tryUnlockRead():如果读锁被持有,则释放一次持有,而不需要戳值。这种方法可能对错误后的恢复很有用。
long stamp = lock.readLock(); try { .... } finally { lock.unlockRead(stamp); }
3.乐观读模式
乐观读也就是若读的操作很多,写的操作很少的情况下,你可以乐观地认为,写入与读取同时发生几率很少,因此不悲观地使用完全的读取锁定,程序可以查看读取资料之后,是否遭到写入执行的变更,再采取后续的措施(重新读取变更信息,或者抛出异常) ,这一个小小改进,可大幅度提高程序的吞吐量。
StampedLock
支持 tryOptimisticRead()
方法,读取完毕后做一次戳校验,如果校验通过,表示这期间没有其他线程的写操作,数据可以安全使用,如果校验没通过,需要重新获取读锁,保证数据一致性。
- tryOptimisticRead(): 返回稍后可以验证的戳记,如果独占锁定则返回零。
- boolean validate(long stamp): 如果自给定戳记发行以来锁还没有被独占获取,则返回true。
long stamp = lock.tryOptimisticRead(); // 验戳 if(!lock.validate(stamp)){ // 锁升级 }
此外,StampedLock 提供了api实现上面3种方式进行转换:
long tryConvertToWriteLock(long stamp)
如果锁状态与给定的戳记匹配,则执行以下操作之一。如果戳记表示持有写锁,则返回它。或者,如果是读锁,如果写锁可用,则释放读锁并返回写戳记。或者,如果是乐观读,则仅在立即可用时返回写戳记。该方法在所有其他情况下返回零
long tryConvertToReadLock(long stamp)
如果锁状态与给定的戳记匹配,则执行以下操作之一。如果戳记表示持有写锁,则释放它并获得读锁。或者,如果是读锁,返回它。或者,如果是乐观读,则仅在立即可用时才获得读锁并返回读戳记。该方法在所有其他情况下返回零。
long tryConvertToOptimisticRead(long stamp)
如果锁状态与给定的戳记匹配,那么如果戳记表示持有锁,则释放它并返回一个观察戳记。或者,如果是乐观读,则在验证后返回它。该方法在所有其他情况下返回0,因此作为“tryUnlock”的形式可能很有用。
演示例子
下面用一个例子演示下StampedLock的使用,例子来源jdk中的javadoc。
@Slf4j @Data public class Point { private double x, y; private final StampedLock sl = new StampedLock(); void move(double deltaX, double deltaY) throws InterruptedException { //涉及对共享资源的修改,使用写锁-独占操作 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"); } } /** * 使用乐观读锁访问共享资源 * 注意:乐观读锁在保证数据一致性上需要拷贝一份要操作的变量到方法栈,并且在操作数据时候可能其他写线程已经修改了数据, * 而我们操作的是方法栈里面的数据,也就是一个快照,所以最多返回的不是最新的数据,但是一致性还是得到保障的。 * * @return */ double distanceFromOrigin() throws InterruptedException { long stamp = sl.tryOptimisticRead(); // 使用乐观读锁 log.info("tryOptimisticRead lock success"); // 睡一秒中 Thread.sleep(1000); double currentX = x, currentY = y; // 拷贝共享资源到本地方法栈中 if (!sl.validate(stamp)) { // 如果有写锁被占用,可能造成数据不一致,所以要切换到普通读锁模式 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 newY) { // 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); //读锁转换为写锁 if (ws != 0L) { stamp = ws; x = newX; y = newY; break; } else { sl.unlockRead(stamp); stamp = sl.writeLock(); } } } finally { sl.unlock(stamp); } } }
测试用例:
@Test public void testStamped() throws InterruptedException { Point point = new Point(); point.setX(1); point.setY(2); // 线程0 执行了乐观读 Thread thread0 = new Thread(() -> { try { // 乐观读 point.distanceFromOrigin(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "thread-0"); thread0.start(); Thread.sleep(500); // 线程1 执行写锁 Thread thread1 = new Thread(() -> { // 乐观读 try { point.move(3, 4); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "thread-1"); thread1.start(); thread0.join(); thread1.join(); }
结果:
性能对比
正是由于StampedLock
的乐观读模式,早就StampedLock
的高性能和高吞吐量,那么具体的性能提高有多少呢?
下图是和ReadWritLock相比,在一个线程情况下,读速度是其4倍左右,写是1倍。
下图是16个线程情况下,读性能是其几十倍,写性能也是近10倍左右:
下图是吞吐量提高:
那么这样是不是说StampedLock
可以全方位的替代ReentrantReadWriteLock
, 答案是否定的,StampedLock
相对于ReentrantReadWriteLock
有下面两个问题:
- 不支持条件变量Condition
- 不支持可重入
所以最终选择StampedLock
还是ReentrantReadWriteLock
,还是要看具体的业务场景。
总结
本文主要讲解了StampedLock
的功能和使用,至于原理,StampedLock
虽然不像其它锁一样定义了内部类来实现AQS框架,但是StampedLock的基本实现思路还是利用CLH队列进行线程的管理,通过同步状态值来表示锁的状态和类型,具体的源码实现大家感兴趣的自己可以追踪看看。
以上就是Java利用StampedLock实现读写锁的方法详解的详细内容,更多关于Java StampedLock读写锁的资料请关注IT俱乐部其它相关文章!