读写锁允许多线程同时读共享变量,适用读多写少。 读多写少场景还能更快吗?有的,JDK8提供StampedLock,性能比读写锁还好。
1 StampedLock的锁模式
ReadWriteLock支持读锁、写锁两种锁模式。而StampedLock支持三种:
- 写锁
- 悲观读锁
- 乐观读
写锁、悲观读锁和ReadWriteLock的写锁、读锁的语义类似。不同在于:StampedLock写锁、悲观读锁加锁成功后,会返回一个stamp;释放锁时,需传入该stamp。
2 StampedLock性能为何优于ReadWriteLock
核心在于StampedLock支持乐观读:
- ReadWriteLock支持多线程同时读,但当多线程读时,所有写操作被阻塞
- 而StampedLock提供的乐观读,是允许一个线程获取写锁的,即不是所有写操作都被阻塞
乐观读操作无锁,所以相比ReadWriteLock读锁,乐观读性能更好。
3 实践案例
若执行乐观读过程中,存在写操作,会把乐观读升级为悲观读锁。这样很好,否则就要在一个循环里反复执行乐观读,直到执行乐观读操作的期间没有写操作(这样才能保证x和y的正确性和一致性),而循环读会浪费大量CPU。升级为悲观读锁,代码简练不易错。
4 理解乐观读
很多人喜欢类比StampedLock乐观读和DB乐观锁。
DB乐观锁使用场景:一个模块,会有多个人通过前端同时修改同一条订单,那如何保证订单数据是线程安全?使用乐观锁。在订单的表 product_doc 增加一个数值类型版本号字段 version,每次更新product_doc表时,将 version 1。生产订单的UI在展示的时候,需要查询数据库,此时将这个 version 字段和其他业务字段一起返回给生产订单UI。
假设用户查询的生产订单的id=777,SQL如下:
代码语言:javascript复制select id,... ,version
from product_doc
where id=777
用户在前端执行保存操作的时候,后台利用下面的SQL语句更新生产订单,此处我们假设该条生产订单的 version=9。
代码语言:javascript复制update product_doc
set version=version 1,...
where id=777 and version=9
若该SQL语句执行成功并且返回1,说明前端执行查询操作到执行保存操作期间,没有其他人修改过这条数据。因为如果这期间其他人修改过这条数据,那么版本号字段一定会大于9。
数据库里的乐观锁,查询时需将 version 字段查出来,更新时要利用 version 字段做验证。这个 version 字段就类似于StampedLock里面的stamp。
5 StampedLock踩坑记
读多写少场景StampedLock性能很好,可替代ReadWriteLock,但StampedLock:
- 不可重入
- 悲观读锁、写锁都不支持条件变量
若线程阻塞在StampedLock的readLock()或writeLock(),此时调用该阻塞线程的interrupt(),会导致CPU飙升。 例如下面的代码中,线程T1获取写锁之后将自己阻塞,线程T2尝试获取悲观读锁,也会阻塞;如果此时调用线程T2的interrupt()方法来中断线程T2的话,你会发现线程T2所在CPU会飙升到100%。
代码语言:javascript复制final StampedLock lock
= new StampedLock();
Thread T1 = new Thread(()->{
// 获取写锁
lock.writeLock();
// 永远阻塞在此处,不释放写锁
LockSupport.park();
});
T1.start();
// 保证T1获取写锁
Thread.sleep(100);
Thread T2 = new Thread(()->
//阻塞在悲观读锁
lock.readLock()
);
T2.start();
// 保证T2阻塞在读锁
Thread.sleep(100);
//中断线程T2
//会导致线程T2所在CPU飙升
T2.interrupt();
T2.join();
所以使用StampedLock一定不要调用中断。如果需要支持中断功能,一定使用可中断的悲观读锁readLockInterruptibly()和写锁writeLockInterruptibly()。
6 总结
StampedLock的使用看上去有点复杂,但是如果你能理解乐观锁背后的原理,使用起来还是比较流畅的。建议你认真揣摩Java的官方示例,这个示例基本上就是一个最佳实践。我们把Java官方示例精简后,形成下面的代码模板,建议你在实际工作中尽量按照这个模板来使用StampedLock。
StampedLock读模板:
代码语言:javascript复制final StampedLock sl =
new StampedLock();
// 乐观读
long stamp =
sl.tryOptimisticRead();
// 读入方法局部变量
......
// 校验stamp
if (!sl.validate(stamp)){
// 升级为悲观读锁
stamp = sl.readLock();
try {
// 读入方法局部变量
.....
} finally {
//释放悲观读锁
sl.unlockRead(stamp);
}
}
//使用方法局部变量执行业务操作
StampedLock写模板:
代码语言:javascript复制long stamp = sl.writeLock();
try {
// 写共享变量
......
} finally {
sl.unlockWrite(stamp);
}
StampedLock支持锁的降级(通过tryConvertToReadLock()方法实现)和升级(通过tryConvertToWriteLock()方法实现)。
代码语言:javascript复制private double x, y;
final StampedLock sl = new StampedLock();
// 存在问题的方法
void moveIfAtOrigin(double newX, double newY){
long stamp = sl.readLock();
try {
while(x == 0.0 && y == 0.0){
long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp);
if (ws != 0L) {
x = newX;
y = newY;
break;
} else {
sl.unlockRead(stamp);
stamp = sl.writeLock();
}
}
} finally {
sl.unlock(stamp);
}