StampedLock 应用及原理详解

从synchronized到ReentrantLock，从ReentrantLock到ReentrantReadWriteLock，都在尽量减少锁带来的负面影响。

· synchronized：语言级别支持，使用简单，但缺少灵活性，且不可中断。

· ReentrantLock：JUC提供，使用相对复杂，但是可灵活控制锁的获得和释放，可中断。

· ReentrantReadWriteLock：实现了锁的分离，分为读锁和写锁，写写、写读互斥，读读可并发使用。

虽然synchronized、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock已经提供相对丰富的解决方案来供锁的使用，但这些锁在宏观来看的话，都属于悲观锁。ReentrantReadWriteLock进行了锁的分离，但读锁和写锁之间的获取依然是悲观的，在读多写少的极限情况下，写锁可能出现永远无法获得锁的情况。

JDK1.8引入了StampedLock，StampedLock提供了三种锁模式：

· 写锁：写锁是一个独占锁，属于悲观锁。

· 读锁：读锁是一个共享锁，当和写锁出现竞争时，若当前已获取读锁，禁止写入，属于悲观锁。

· 乐观读锁：乐观读锁乐观地估计读的过程中大概率不会有写入，因此被称为乐观读锁。读取完成后，会进行版本号的校验，若读取过程中发生写入，则重新读取。

演示示例：

读锁与写锁：

读锁与写锁之间是互斥的，读锁被线程持有时，为了防止出现类似脏读问题，其它线程是无法获取写锁的，只有读锁没有线程持有时，写锁才可以被获取。

首先，新建一个读取线程类和一个写入线程类，用于模拟多线程环境：

package com.securitit.serialize.locks;import java.util.List;
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;public class StampedReadLockThread extends Thread {// 锁实例.private StampedLock lock;// 模拟数据存储.private List<String> dataList;// 构造方法.public StampedReadLockThread(StampedLock lock, List<String> dataList) {this.lock = lock;this.dataList = dataList;}@Overridepublic void run() {long stamped = -1;try {stamped = lock.readLock();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：读锁获得锁.");for (String data : dataList) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：读锁读数据.");}Thread.sleep(2000);} catch (Exception ex) {ex.printStackTrace();} finally {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：读锁释放锁.");lock.unlockRead(stamped);}}}

package com.securitit.serialize.locks;import java.util.List;
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;public class StampedWriteLockThread extends Thread {// 锁实例.private StampedLock lock;// 模拟数据存储.private List<String> dataList;// 构造方法.public StampedWriteLockThread(StampedLock lock, List<String> dataList) {this.lock = lock;this.dataList = dataList;}@Overridepublic void run() {long stamped = -1;try {stamped = lock.writeLock();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：写锁获得锁.");dataList.add("写锁写入数据");Thread.sleep(2000);} catch (Exception ex) {ex.printStackTrace();} finally {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：写锁释放锁.");lock.unlockWrite(stamped);}}}

在测试类中逐个调用读取和写入线程：

package com.securitit.serialize.locks;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;public class StampedLockTester {// StampedLock实例.private static StampedLock lock = new StampedLock();// 模拟数据存储.private static List<String> dataList = new ArrayList<String>();public static void main(String[] args) {new StampedReadLockThread(lock, dataList).start();new StampedWriteLockThread(lock, dataList).start();new StampedReadLockThread(lock, dataList).start();new StampedWriteLockThread(lock, dataList).start();}}

输出结果：

Thread-0：读锁获得锁.
Thread-2：读锁获得锁.
Thread-0：读锁释放锁.
Thread-2：读锁释放锁.
Thread-3：写锁获得锁.
Thread-3：写锁释放锁.
Thread-1：写锁获得锁.
Thread-1：写锁释放锁.

无论运行几次，上面的结果读锁获取和释放、写锁获取和释放都是成对出现的，说明读锁和写锁不存在交叉操作。

乐观读锁与写锁：

乐观读锁不会阻塞写锁的获取和释放，乐观读锁获取成功后，可以通过validate(stamped)来验证读锁持有过程中是否有写入发生。

首先，新建一个乐观读取线程类和一个写入线程类，用于模拟多线程环境：

package com.securitit.serialize.locks;import java.util.List;
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;public class StampedOptimisticReadLockThread extends Thread {// 锁实例.private StampedLock lock;// 模拟数据存储.private List<String> dataList;// 构造方法.public StampedOptimisticReadLockThread(StampedLock lock, List<String> dataList) {this.lock = lock;this.dataList = dataList;}@Overridepublic void run() {long stamped = -1;try {stamped = lock.tryOptimisticRead();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：乐观读锁获得锁.");for (String data : dataList) {Thread.sleep(500);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：乐观读锁读数据.");}if (!lock.validate(stamped)) {stamped = lock.readLock();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：读锁获得锁.");for (String data : dataList) {Thread.sleep(500);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：读锁读数据.");}}} catch (Exception ex) {ex.printStackTrace();} finally {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：乐观读锁释放锁.");lock.unlockRead(stamped);}}}

package com.securitit.serialize.locks;import java.util.List;
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;public class StampedWriteLockThread extends Thread {// 锁实例.private StampedLock lock;// 模拟数据存储.private List<String> dataList;// 构造方法.public StampedWriteLockThread(StampedLock lock, List<String> dataList) {this.lock = lock;this.dataList = dataList;}@Overridepublic void run() {long stamped = -1;try {stamped = lock.writeLock();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：写锁获得锁.");dataList.add("写锁写入数据");Thread.sleep(2000);} catch (Exception ex) {ex.printStackTrace();} finally {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：写锁释放锁.");lock.unlockWrite(stamped);}}}

在测试类中逐个调用读取和写入线程：

package com.securitit.serialize.locks;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;public class StampedLockTester {// StampedLock实例.private static StampedLock lock = new StampedLock();// 模拟数据存储.private static List<String> dataList = new ArrayList<String>();public static void main(String[] args) {new StampedOptimisticReadLockThread(lock, dataList).start();new StampedWriteLockThread(lock, dataList).start();new StampedOptimisticReadLockThread(lock, dataList).start();new StampedWriteLockThread(lock, dataList).start();}}

输出结果：

Thread-0：乐观读锁获得锁.
Thread-1：写锁获得锁.
Thread-2：乐观读锁获得锁.
Thread-2：乐观读锁读数据.
Thread-1：写锁释放锁.
Thread-3：写锁获得锁.
Thread-3：写锁释放锁.
Thread-0：读锁获得锁.
Thread-2：读锁获得锁.
Thread-0：读锁读数据.
Thread-2：读锁读数据.
Thread-2：读锁读数据.
Thread-0：读锁读数据.
Thread-0：乐观读锁释放锁.
Thread-2：乐观读锁释放锁.

通过上面输出结果可以看出，使用乐观读锁时，不会限制写锁获取和释放，但乐观读锁进行validate验证时，可能验证失败的结果，此时有两种选择：一是重新获取乐观读锁进行数据操作；二是获取读锁进行数据操作；频繁发生validate验证失败的可能会浪费CPU资源。一般情况下，首先获取乐观读锁尝试进行读取，若验证失败，则获取读锁进行读取。

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