StampedLock浅析

偏执的太偏执、 2022-04-10 01:25 175阅读 0赞

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###  简述 ###

ReentrantReadWriteLock 在沒有任何读写锁时，才可以取得写入锁，这可用于实现了悲观读取（Pessimistic Reading），即如果执行中进行读取时，经常可能有另一执行要写入的需求，为了保持同步，ReentrantReadWriteLock 的读取锁定就可派上用场。

然而，如果读取执行情况很多，写入很少的情况下，使用 ReentrantReadWriteLock 可能会使写入线程遭遇饥饿（Starvation）问题，也就是写入线程吃吃无法竞争到锁定而一直处于等待状态。

StampedLock控制锁有三种模式（写，悲观读，乐观读），一个StampedLock状态是由版本和模式两个部分组成，锁获取方法返回一个数字作为票据stamp，它用相应的锁状态表示并控制访问，数字0表示没有写锁被授权访问。在读锁上分为悲观锁和乐观锁。

所谓的乐观读模式，也就是若读的操作很多，写的操作很少的情况下，你可以乐观地认为，写入与读取同时发生几率很少，因此不悲观地使用完全的读取锁定，程序可以查看读取资料之后，是否遭到写入执行的变更，再采取后续的措施（重新读取变更信息，或者抛出异常） ，这一个小小改进，可大幅度提高程序的吞吐量！！

下面是Java doc提供的StampedLock一个例子

class Point {
       private double x, y;
       private final StampedLock sl = new StampedLock();
       //写锁-排他锁
       void move(double deltaX, double deltaY) { // an exclusively locked method
         long stamp = sl.writeLock();
         try {
           x += deltaX;
           y += deltaY;
         } finally {
           sl.unlockWrite(stamp);
         }
       }
      //下面看看乐观读锁案例
       double distanceFromOrigin() { // A read-only method
         long stamp = sl.tryOptimisticRead(); //获得一个乐观读锁
         double currentX = x, currentY = y; //将两个字段读入本地局部变量
         if (!sl.validate(stamp)) { //检查发出乐观读锁后同时是否有其他写锁发生？
            stamp = sl.readLock(); //如果没有，我们再次获得一个读悲观锁
            try {
              currentX = x; // 将两个字段读入本地局部变量
              currentY = y; // 将两个字段读入本地局部变量
            } finally {
               sl.unlockRead(stamp);
            }
         }
         return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
       }
    //下面是悲观读锁案例
       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) { //循环，检查当前状态是否符合
             long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp); //将读锁转为写锁
             if (ws != 0L) { //这是确认转为写锁是否成功
               stamp = ws; //如果成功 替换票据
               x = newX; //进行状态改变
               y = newY; //进行状态改变
               break;
             }
             else { //如果不能成功转换为写锁
               sl.unlockRead(stamp); //我们显式释放读锁
               stamp = sl.writeLock(); //显式直接进行写锁 然后再通过循环再试
             }
           }
         } finally {
           sl.unlock(stamp); //释放读锁或写锁
         }
       }
     }

小结：StampedLock要比ReentrantReadWriteLock更加廉价，也就是消耗比较小。

### **StampedLock与ReadWriteLock性能对比** ###

下图是和ReadWritLock相比，在一个线程情况下，是读速度其4倍左右，写是1倍。

[![20181219143114353][]][20181219143114353 1]

下图是六个线程情况下，读性能是其几十倍，写性能也是近10倍左右：

[![20181219143114377][]][20181219143114377 1]

下图是吞吐量提高：

[![20181219143114353][]][20181219143114353 1]

### **总结** ###

1.  synchronized是在JVM层面上实现的，不但可以通过一些监控工具监控synchronized的锁定，而且在代码执行时出现异常，JVM会自动释放锁定；
2.  ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock,、StampedLock都是对象层面的锁定，要保证锁定一定会被释放，就必须将unLock()放到finally\{\}中；
3.  StampedLock 对吞吐量有巨大的改进，特别是在读线程越来越多的场景下；
4.  StampedLock有一个复杂的API，对于加锁操作，很容易误用其他方法;
5.  当只有少量竞争者的时候，synchronized是一个很好的通用的锁实现;
6.  当线程增长能够预估，ReentrantLock是一个很好的通用的锁实现;

StampedLock 可以说是Lock的一个很好的补充，吞吐量以及性能上的提升足以打动很多人了，但并不是说要替代之前Lock的东西，毕竟他还是有些应用场景的，起码API比StampedLock容易入手

### 关于StampedLock中的一个bug ###

StampedLock其内部是通过死循环+CAS操作的方式来修改状态位，在挂起线程时，是通过unsafe.park的方式，而对于中断的线程，unsafe.park会直接返回，而在StampedLock的死循环逻辑中，没有处理中断的逻辑，就会导致阻塞在park上的线程中断后，再次进入循环，直到当前死循环满足退出条件，因此整个过程会使cpu暴涨。

**解决办法**：

在acquireRead(boolean interruptible, long deadline) 和acquireWrite(boolean interruptible, long deadline)中添加 保存/复原中断状态的机制。

github上大神对StampedLock.java类的修改：[https://github.com/zuai/Hui/blob/master/StampedLock.java][https_github.com_zuai_Hui_blob_master_StampedLock.java]

参考：[Bug:StampedLock的中断问题导致CPU爆满][Bug_StampedLock_CPU]

StampedLock读锁并不会阻塞写锁，设计思路也比较简单，就是在读的时候发现有写操作，再去读多一次。StampedLock有两种锁，一种是悲观锁，另外一种是乐观锁，如果线程拿到乐观锁就读和写不互斥，如果拿到悲观锁就读和写互斥。

StampedLock代码层面的实现分析：[https://blog.csdn.net/LightOfMiracle/article/details/73223614][https_blog.csdn.net_LightOfMiracle_article_details_73223614]

[http_www.importnew.com_14941.html]: http://www.importnew.com/14941.html
[20181219143114353]: /images/20220404/30a27ba3318c4374abf4572920adc37f.png
[20181219143114353 1]: http://www.importnew.com/14941.html/203230_xwbp_1028150
[20181219143114377]: /images/20220404/1fe55000101748d8bf6d9a4db70ae567.png
[20181219143114377 1]: http://www.importnew.com/14941.html/203230_hpwl_1028150
[https_github.com_zuai_Hui_blob_master_StampedLock.java]: https://github.com/zuai/Hui/blob/master/StampedLock.java
[Bug_StampedLock_CPU]: http://ifeve.com/stampedlock-bug-cpu/
[https_blog.csdn.net_LightOfMiracle_article_details_73223614]: https://blog.csdn.net/LightOfMiracle/article/details/73223614