Java中的ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、StampedLock詳解
1. ReentrantReadWriteLock
本章路線總綱 無(wú)鎖→獨(dú)占鎖→讀寫(xiě)鎖→郵戳鎖
關(guān)于鎖的大廠面試題 你知道Java里面有哪些鎖? 你說(shuō)你用過(guò)讀寫(xiě)鎖,鎖饑餓問(wèn)題是什么?有沒(méi)有比讀寫(xiě)鎖更快的鎖? StampedLock知道嗎?(郵戳鎖/票據(jù)鎖) ReentrantReadWriteLock有鎖降級(jí)機(jī)制,你知道嗎?
1.1 讀寫(xiě)鎖ReentrantReadWriteLock
讀寫(xiě)鎖:一個(gè)資源能夠被多個(gè)讀線程訪問(wèn),或者被一個(gè)寫(xiě)線程訪問(wèn)但是不能同時(shí)存在讀寫(xiě)線程。
它只允許讀讀共存,而讀寫(xiě)和寫(xiě)寫(xiě)依然是互斥的,大多實(shí)際場(chǎng)景是“讀/讀”線程間并不存在互斥關(guān)系,只有"讀/寫(xiě)"線程或"寫(xiě)/寫(xiě)"線程間的操作需要互斥的。因此引入ReentrantReadWriteLock 一個(gè)ReentrantReadWriteLock同時(shí)只能存在一個(gè)寫(xiě)鎖但是可以存在多個(gè)讀鎖,但不能同時(shí)存在寫(xiě)鎖和讀鎖(切菜還是拍蒜選一個(gè))。也即一個(gè)資源可以被多個(gè)讀操作訪問(wèn)―或一個(gè)寫(xiě)操作訪問(wèn),但兩者不能同時(shí)進(jìn)行。只有在讀多寫(xiě)少情景下,讀寫(xiě)鎖才具有較高的性能體現(xiàn)。
1.2 鎖降級(jí)
寫(xiě)鎖的降級(jí),降級(jí)成為了讀鎖
1)如果同一個(gè)線程持有了寫(xiě)鎖,在沒(méi)有釋放寫(xiě)鎖的情況下,它還可以繼續(xù)獲得讀鎖。這就是寫(xiě)鎖的降級(jí),降級(jí)成為了讀鎖。
2)規(guī)則慣例,先獲取寫(xiě)鎖,然后獲取讀鎖,再釋放寫(xiě)鎖的次序。
3)如果釋放了寫(xiě)鎖,那么就完全轉(zhuǎn)換為讀鎖。
鎖降級(jí)是為了讓當(dāng)前線程感知到數(shù)據(jù)的變化,目的是保證數(shù)據(jù)可見(jiàn)性
如果有線程在讀,那么寫(xiě)線程是無(wú)法獲取寫(xiě)鎖的,是悲觀鎖的策略
在ReentrantReadWriteLock中,當(dāng)讀鎖被使用時(shí),如果有線程嘗試獲取寫(xiě)鎖,該寫(xiě)線程會(huì)被阻塞。所以,需要釋放所有讀鎖,才可獲取寫(xiě)鎖。
寫(xiě)鎖和讀鎖是互斥的(這里的互斥是指線程間的互斥,當(dāng)前線程可以獲取到寫(xiě)鎖又獲取到讀鎖,但是獲取到了讀鎖不能繼續(xù)獲取寫(xiě)鎖),這是因?yàn)樽x寫(xiě)鎖要保持寫(xiě)操作的可見(jiàn)性。因?yàn)?,如果允許讀鎖在被獲取的情況下對(duì)寫(xiě)鎖的獲取,那么正在運(yùn)行的其他讀線程無(wú)法感知到當(dāng)前寫(xiě)線程的操作。
ReentrantReadWriteLock讀的過(guò)程中不允許寫(xiě),只有等待線程都釋放了讀鎖,當(dāng)前線程才能獲取寫(xiě)鎖,也就是寫(xiě)入必須等待,這是一種悲觀的讀鎖,人家還在讀著那,你先別去寫(xiě),省的數(shù)據(jù)亂。
分析StampedLock(后面詳細(xì)講解),會(huì)發(fā)現(xiàn)它改進(jìn)之處在于: 讀的過(guò)程中也允許獲取寫(xiě)鎖介入(相當(dāng)牛B,讀和寫(xiě)兩個(gè)操作也讓你“共享”(注意引號(hào))),這樣會(huì)導(dǎo)致我們讀的數(shù)據(jù)就可能不一致所以,需要額外的方法來(lái)判斷讀的過(guò)程中是否有寫(xiě)入,這是一種樂(lè)觀的讀鎖。 顯然樂(lè)觀鎖的并發(fā)效率更高,但一旦有小概率的寫(xiě)入導(dǎo)致讀取的數(shù)據(jù)不一致,需要能檢測(cè)出來(lái),再讀一遍就行。
1.3 為什么要鎖降級(jí)?
鎖降級(jí)確實(shí)不太貼切,明明是鎖切換,在寫(xiě)鎖釋放前由寫(xiě)鎖切換成了讀鎖。問(wèn)題的關(guān)鍵其實(shí)是為什么要在鎖切換前就加上讀鎖呢?防止釋放寫(xiě)鎖的瞬間被其他線程拿到寫(xiě)鎖然后修改了數(shù)據(jù),然后本線程在拿到讀鎖后讀取數(shù)據(jù)就發(fā)生了錯(cuò)亂。但是,我把鎖的范圍加大一點(diǎn)不就行了嗎?在寫(xiě)鎖的范圍里面完成讀鎖里面要干的事。缺點(diǎn)呢就是延長(zhǎng)了寫(xiě)鎖的占用時(shí)長(zhǎng),導(dǎo)致性能下降。對(duì)于中小公司而言沒(méi)必要,隨便在哪都能把這點(diǎn)性能撿回來(lái)了!
1.4 鎖饑餓問(wèn)題
ReentrantReadWriteLock實(shí)現(xiàn)了讀寫(xiě)分離,但是一旦讀操作比較多的時(shí)候,想要獲取寫(xiě)鎖就變得比較困難了,假如當(dāng)前1000個(gè)線程,999個(gè)讀,1個(gè)寫(xiě),有可能999個(gè)讀取線程長(zhǎng)時(shí)間搶到了鎖,那1個(gè)寫(xiě)線程就悲劇了因?yàn)楫?dāng)前有可能會(huì)一直存在讀鎖,而無(wú)法獲得寫(xiě)鎖,根本沒(méi)機(jī)會(huì)寫(xiě)。
如何緩解鎖饑餓問(wèn)題? 使用"公平"策略可以一定程度上緩解這個(gè)問(wèn)題,但是"公平"策略是以犧牲系統(tǒng)吞吐量為代價(jià)的
StampedLock類的樂(lè)觀讀鎖閃亮登場(chǎng)
2. 郵戳鎖StampedLock
2.1 StampedLock橫空出世
StampedLock(也叫票據(jù)鎖)是JDK1.8中新增的一個(gè)讀寫(xiě)鎖,也是對(duì)JDK1.5中的讀寫(xiě)鎖ReentrantReadWriteLock的優(yōu)化。
stamp(戳記,long類型) 代表了鎖的狀態(tài)。當(dāng)stamp返回零時(shí),表示線程獲取鎖失敗。并且,當(dāng)釋放鎖或者轉(zhuǎn)換鎖的時(shí)候,需要傳入最初獲取的stamp值。
ReentrantReadWriteLock的讀鎖被占用的時(shí)候,其他線程嘗試獲取寫(xiě)鎖的時(shí)候會(huì)被阻塞。但是,StampedLock采取樂(lè)觀獲取鎖后,其他線程嘗試獲取寫(xiě)鎖時(shí)不會(huì)被阻塞,這其實(shí)是對(duì)讀鎖的優(yōu)化,所以,在獲取樂(lè)觀讀鎖后,還需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)。
ReentrantReadWriteLock 允許多個(gè)線程向時(shí)讀,但是只允許一個(gè)線程寫(xiě),在線程獲取到寫(xiě)鎖的時(shí)候,其他寫(xiě)操作和讀操作都會(huì)處于阻塞狀態(tài), 讀鎖和寫(xiě)鎖也是互斥的,所以在讀的時(shí)候是不允許寫(xiě)的,讀寫(xiě)鎖比傳統(tǒng)的synchronized速度要快很多,原因就是在于ReentrantReadWriteLock支持讀并發(fā),讀讀可以共享。
對(duì)短的只讀代碼段,使用樂(lè)觀模式通??梢詼p少爭(zhēng)用并提高吞吐量
2.2 ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、StampedLock性能比較
public class ReentrantReadWriteLockTest { static Lock lock = new ReentrantLock(); static ReentrantReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock(); static StampedLock stampedLock = new StampedLock(); static int read = 1000; static int write = 3; static long mills = 10; public static void main(String[] args) { testReentrantLock(); testReentrantReadWriteLock(); // System.out.println("========================="); testStampedLock(); } public static void testStampedLock() { ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100); ExecutorService executorServiceWrite = Executors.newFixedThreadPool(3); CountDownLatch latch = new CountDownLatch(read + write); long l = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < read; i++) { executorService.execute(() -> { // tryOptimisticRead(); readStampedLock(); latch.countDown(); }); } for (int i = 0; i < write; i++) { executorServiceWrite.execute(() -> { writeStampedLock(); latch.countDown(); // System.out.println("時(shí)間間隔:"+(System.currentTimeMillis()-l)); }); } try { latch.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } executorService.shutdown(); executorServiceWrite.shutdown(); System.out.println("testStampedLock執(zhí)行耗時(shí):" + (System.currentTimeMillis() - l)); } public static void testReentrantLock() { ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100); ExecutorService executorServiceWrite = Executors.newFixedThreadPool(3); CountDownLatch latch = new CountDownLatch(read + write); long l = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < read; i++) { executorService.execute(() -> { read(); latch.countDown(); }); } for (int i = 0; i < write; i++) { executorServiceWrite.execute(() -> { write(); latch.countDown(); }); } try { latch.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } executorService.shutdown(); executorServiceWrite.shutdown(); System.out.println("testReentrantLock執(zhí)行耗時(shí):" + (System.currentTimeMillis() - l)); } public static void testReentrantReadWriteLock() { ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100); ExecutorService executorServiceWrite = Executors.newFixedThreadPool(3); CountDownLatch latch = new CountDownLatch(read + write); long l = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < read; i++) { executorService.execute(() -> { readLock(); latch.countDown(); }); } for (int i = 0; i < write; i++) { executorServiceWrite.execute(() -> { writeLock(); latch.countDown(); // System.out.println("時(shí)間間隔:"+(System.currentTimeMillis()-l)); }); } try { latch.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } executorService.shutdown(); executorServiceWrite.shutdown(); System.out.println("testReentrantReadWriteLock執(zhí)行耗時(shí):" + (System.currentTimeMillis() - l)); } public static void tryOptimisticRead() { long stamp = stampedLock.tryOptimisticRead(); try { Thread.sleep(mills); if (!stampedLock.validate(stamp)) { long readLock = stampedLock.readLock(); try { } finally { stampedLock.unlock(readLock); } } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } public static void readStampedLock() { long stamp = stampedLock.readLock(); try { Thread.sleep(mills); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { stampedLock.unlock(stamp); } } public static void writeStampedLock() { long stamp = stampedLock.writeLock(); try { Thread.sleep(mills); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { stampedLock.unlock(stamp); } } public static void readLock() { readWriteLock.readLock().lock(); try { Thread.sleep(mills); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { readWriteLock.readLock().unlock(); } } public static void writeLock() { readWriteLock.writeLock().lock(); try { Thread.sleep(mills); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { readWriteLock.writeLock().unlock(); } } public static void read() { lock.lock(); try { Thread.sleep(mills); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } public static void write() { lock.lock(); try { Thread.sleep(mills); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } }
執(zhí)行結(jié)果
testReentrantLock執(zhí)行耗時(shí):15868
testReentrantReadWriteLock執(zhí)行耗時(shí):218
testStampedLock執(zhí)行耗時(shí):221
根據(jù)執(zhí)行結(jié)果可以明顯看出在讀多寫(xiě)少的情況下,ReentrantLock的性能是比較差的,而ReentrantReadWriteLock和StampedLock性能差不多相同,而StampedLock主要是為了解決ReentrantReadWriteLock可能出現(xiàn)的鎖饑餓問(wèn)題。
2.3 StampedLock總結(jié)
StampedLock的特點(diǎn) 所有獲取鎖的方法,都返回一個(gè)郵戳( Stamp) , Stamp為零表示獲取失敗,其余都表示成功; 所有釋放鎖的方法,都需要一個(gè)郵戳(Stamp),這個(gè)Stamp必須是和成功獲取鎖時(shí)得到的Stamp一致; StampedLock是不可重入的,危險(xiǎn)(如果一個(gè)線程已經(jīng)持有了寫(xiě)鎖,再去獲取寫(xiě)鎖的話就會(huì)造成死鎖)
StampedLock有三種訪問(wèn)模式 Reading (讀模式悲觀):功能和ReentrantReadWriteLock的讀鎖類似 Writing(寫(xiě)模式):功能和ReentrantRedWriteLock的寫(xiě)鎖類似 Optimistic reading(樂(lè)觀讀模式):無(wú)鎖機(jī)制,類似于數(shù)據(jù)庫(kù)中的樂(lè)觀鎖,支持讀寫(xiě)并發(fā),很樂(lè)觀認(rèn)對(duì)為讀取時(shí)沒(méi)人修改,假如被修改再實(shí)現(xiàn)升級(jí)為悲觀讀模式
主要API tryOptimisticRead():加樂(lè)觀讀鎖 validate(long stamp):校驗(yàn)樂(lè)觀讀鎖執(zhí)行過(guò)程中有無(wú)寫(xiě)鎖攪局
StampedLock的缺點(diǎn) StampedLock 不支持重入,沒(méi)有Re開(kāi)頭 StampedLock的悲觀讀鎖和寫(xiě)鎖都不支持條件變量(Condition),這個(gè)也需要注意。 使用StampedLock一定不要調(diào)用中斷操作,即不要調(diào)用interrupt()方法
有關(guān)鎖的知識(shí)都學(xué)習(xí)完了,其實(shí)挺雞肋的,工作直接用分布式鎖,幾乎不會(huì)用到JVM層級(jí)的鎖,但是面試要問(wèn),不得不學(xué)!
到此這篇關(guān)于Java中的ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、StampedLock詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、StampedLock內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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