Java利用StampedLock實現(xiàn)讀寫鎖的方法詳解
概述
想到讀寫鎖,大家第一時間想到的可能是ReentrantReadWriteLock
。實際上,在jdk8以后,java提供了一個性能更優(yōu)越的讀寫鎖并發(fā)類StampedLock
,該類的設(shè)計初衷是作為一個內(nèi)部工具類,用于輔助開發(fā)其它線程安全組件,用得好,該類可以提升系統(tǒng)性能,用不好,容易產(chǎn)生死鎖和其它莫名其妙的問題。本文主要和大家一起學(xué)習(xí)下StampedLock
的功能和使用。
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戳,該戳表示并控制對鎖狀態(tài)的訪問。StampedLock
提供了3種模式控制訪問鎖:
1.寫模式
獲取寫鎖,它是獨占的,當(dāng)鎖處于寫模式時,無法獲得讀鎖,所有樂觀讀驗證都將失敗。
- writeLock(): 阻塞等待獨占獲取鎖,返回一個戳, 如果是0表示獲取失敗。
- tryWriteLock():嘗試獲取一個寫鎖,返回一個戳, 如果是0表示獲取失敗。
- long tryWriteLock(long time, TimeUnit unit): 嘗試獲取一個獨占寫鎖,可以等待一段事件,返回一個戳, 如果是0表示獲取失敗。
- long writeLockInterruptibly(): 試獲取一個獨占寫鎖,可以被中斷,返回一個戳, 如果是0表示獲取失敗。
- unlockWrite(long stamp):釋放獨占寫鎖,傳入之前獲取的戳。
- tryUnlockWrite():如果持有寫鎖,則釋放該鎖,而不需要戳值。這種方法可能對錯誤后的恢復(fù)很有用。
long stamp = lock.writeLock(); try { .... } finally { lock.unlockWrite(stamp); }
2.讀模式
悲觀的方式后去非獨占讀鎖。
- readLock(): 阻塞等待獲取非獨占的讀鎖,返回一個戳, 如果是0表示獲取失敗。
- tryReadLock():嘗試獲取一個讀鎖,返回一個戳, 如果是0表示獲取失敗。
- long tryReadLock(long time, TimeUnit unit): 嘗試獲取一個讀鎖,可以等待一段事件,返回一個戳, 如果是0表示獲取失敗。
- long readLockInterruptibly(): 阻塞等待獲取非獨占的讀鎖,可以被中斷,返回一個戳, 如果是0表示獲取失敗。
- unlockRead(long stamp):釋放非獨占的讀鎖,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。這種方法可能對錯誤后的恢復(fù)很有用。
long stamp = lock.readLock(); try { .... } finally { lock.unlockRead(stamp); }
3.樂觀讀模式
樂觀讀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。
StampedLock
支持 tryOptimisticRead()
方法,讀取完畢后做一次戳校驗,如果校驗通過,表示這期間沒有其他線程的寫操作,數(shù)據(jù)可以安全使用,如果校驗沒通過,需要重新獲取讀鎖,保證數(shù)據(jù)一致性。
- tryOptimisticRead(): 返回稍后可以驗證的戳記,如果獨占鎖定則返回零。
- boolean validate(long stamp): 如果自給定戳記發(fā)行以來鎖還沒有被獨占獲取,則返回true。
long stamp = lock.tryOptimisticRead(); // 驗戳 if(!lock.validate(stamp)){ // 鎖升級 }
此外,StampedLock 提供了api實現(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鎖,則返回它?;蛘?,如果是讀鎖,如果寫鎖可用,則釋放讀鎖并返回寫戳記?;蛘?,如果是樂觀讀,則僅在立即可用時返回寫戳記。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鎖,則釋放它并獲得讀鎖?;蛘?,如果是讀鎖,返回它。或者,如果是樂觀讀,則僅在立即可用時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觀察戳記。或者,如果是樂觀讀,則在驗證后返回它。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
下面用一個例子演示下StampedLock的使用,例子來源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 { //涉及對共享資源的修改,使用寫鎖-獨占操作 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"); } } /** * 使用樂觀讀鎖訪問共享資源 * 注意:樂觀讀鎖在保證數(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)時候可能其他寫線程已經(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 InterruptedException { long stamp = sl.tryOptimisticRead(); // 使用樂觀讀鎖 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 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); //讀鎖轉(zhuǎn)換為寫鎖 if (ws != 0L) { stamp = ws; x = newX; y = newY; break; } else { sl.unlockRead(stamp); stamp = sl.writeLock(); } } } finally { sl.unlock(stamp); } } }
測試用例:
@Test public void testStamped() throws InterruptedException { Point point = new Point(); point.setX(1); point.setY(2); // 線程0 執(zhí)行了樂觀讀 Thread thread0 = new Thread(() -> { try { // 樂觀讀 point.distanceFromOrigin(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "thread-0"); thread0.start(); Thread.sleep(500); // 線程1 執(zhí)行寫鎖 Thread thread1 = new Thread(() -> { // 樂觀讀 try { point.move(3, 4); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "thread-1"); thread1.start(); thread0.join(); thread1.join(); }
結(jié)果:
性能對比
正是由于StampedLock
的樂觀讀模式,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,在一個線程情況下,讀速度是其4倍左右,寫是1倍。
下圖是16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:
那么這樣是不是說StampedLock
可以全方位的替代ReentrantReadWriteLock
, 答案是否定的,StampedLock
相對于ReentrantReadWriteLock
有下面兩個問題:
- 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)部類來實現(xiàn)AQS框架,但是StampedLock的基本實現(xiàn)思路還是利用CLH隊列進(jìn)行線程的管理,通過同步狀態(tài)值來表示鎖的狀態(tài)和類型,具體的源碼實現(xiàn)大家感興趣的自己可以追蹤看看。
以上就是Java利用StampedLock實現(xiàn)讀寫鎖的方法詳解的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Java StampedLock讀寫鎖的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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