阿里四轮面试遭遇StampedLock,这么应对保拿offer

2023-05-24 09:35:41 浏览数 (1)

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);
}

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