各位靓仔靓女，大家好！我是你们的老朋友，bug界的终结者（至少我是这么希望的）。今天咱们来聊聊 Java 并发工具箱里的一个明星选手——StampedLock。这玩意儿，说简单也简单，说复杂也复杂，关键在于理解它的精髓，用好它的各种模式。咱们今天要深入探讨的就是 StampedLock 的 Optimistic Read（乐观读）和 Pessimistic Read/Write Lock（悲观读写锁）以及如何优化它们的使用。准备好了吗？Let’s go!
StampedLock：一把瑞士军刀
首先，我们得明白 StampedLock 出现的意义。它在 ReentrantReadWriteLock 的基础上做了增强，主要体现在：
- 无锁转换: 允许读锁和写锁之间互相转换，而不需要先释放锁。
- 乐观读: 提供了一种轻量级的读模式，可以减少锁的竞争。
- 性能提升: 在某些场景下，比
ReentrantReadWriteLock性能更好。
你可以把 StampedLock 想象成一把瑞士军刀，各种工具应有尽有，但用的时候得选对工具，不然就容易伤到自己。
乐观读：赌一把，看数据会不会变！
乐观读，顾名思义，就是假设在读取数据的过程中，数据不会被修改。如果数据真的没有被修改，那就万事大吉，读取成功。如果数据被修改了，那就需要重新读取。
原理：
validate(stamp): 获取一个stamp（时间戳），表示当前的状态。- 读数据。
validate(stamp): 再次验证stamp是否有效。如果有效，说明数据没有被修改，读取成功。如果无效，说明数据已经被修改，需要升级为悲观读锁或者重新读取。
代码示例：
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;
public class OptimisticReadExample {
private final StampedLock sl = new StampedLock();
private int data = 0;
public int readDataOptimistically() {
long stamp = sl.tryOptimisticRead(); // 尝试乐观读
int currentData = data; // 读取数据，注意这里不是原子操作，所以需要验证
if (!sl.validate(stamp)) { // 验证数据是否有效
stamp = sl.readLock(); // 升级为悲观读锁
try {
currentData = data; // 重新读取数据
} finally {
sl.unlockRead(stamp); // 释放悲观读锁
}
}
return currentData;
}
public void writeData(int newData) {
long stamp = sl.writeLock();
try {
data = newData;
} finally {
sl.unlockWrite(stamp);
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
OptimisticReadExample example = new OptimisticReadExample();
// 模拟并发读写
Thread reader1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("Reader 1: " + example.readDataOptimistically());
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
Thread reader2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("Reader 2: " + example.readDataOptimistically());
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
Thread writer = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
example.writeData(i);
try {
Thread.sleep(5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
reader1.start();
reader2.start();
writer.start();
reader1.join();
reader2.join();
writer.join();
}
}优点：
- 减少锁竞争，提高并发性能。
- 适用于读多写少的场景。
缺点：
- 需要验证数据是否有效，增加了额外的开销。
- 如果数据经常被修改，乐观读的性能反而会下降。
适用场景：
- 读多写少的场景，例如缓存。
- 对数据一致性要求不高的场景。
悲观读写锁：稳扎稳打，确保万无一失！
悲观读写锁，就是假设在读取或写入数据的过程中，数据会被其他线程修改。因此，需要先获取锁，才能进行操作。
原理：
- 读锁： 允许多个线程同时读取数据，但不允许任何线程写入数据。
- 写锁： 只允许一个线程写入数据，不允许任何线程读取或写入数据。
代码示例：
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;
public class PessimisticReadWriteExample {
private final StampedLock sl = new StampedLock();
private int data = 0;
public int readDataPessimistically() {
long stamp = sl.readLock(); // 获取悲观读锁
try {
return data; // 读取数据
} finally {
sl.unlockRead(stamp); // 释放悲观读锁
}
}
public void writeData(int newData) {
long stamp = sl.writeLock(); // 获取写锁
try {
data = newData; // 写入数据
} finally {
sl.unlockWrite(stamp); // 释放写锁
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
PessimisticReadWriteExample example = new PessimisticReadWriteExample();
// 模拟并发读写
Thread reader1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("Reader 1: " + example.readDataPessimistically());
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
Thread reader2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("Reader 2: " + example.readDataPessimistically());
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
Thread writer = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
example.writeData(i);
try {
Thread.sleep(5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
reader1.start();
reader2.start();
writer.start();
reader1.join();
reader2.join();
writer.join();
}
}优点：
- 确保数据一致性。
- 适用于写多读少的场景。
缺点：
- 锁竞争激烈，并发性能较低。
- 容易发生死锁。
适用场景：
- 写多读少的场景，例如数据库。
- 对数据一致性要求高的场景。
优化技巧：让你的 StampedLock 飞起来！
现在，我们来聊聊如何优化 StampedLock 的使用，让你的代码跑得更快，更稳定。
-
选择合适的模式：
- 读多写少： 优先考虑乐观读，减少锁竞争。
- 写多读少： 优先考虑悲观读写锁，确保数据一致性。
- 读写均衡： 根据实际情况选择合适的模式。
可以用下面的表格来辅助选择：
场景 选择 理由 读多写少 乐观读 (tryOptimisticRead + validate) 减少锁竞争，提高并发性能。但需要注意验证，且数据经常变化的情况下性能反而会下降。 写多读少 悲观读写锁 (readLock, writeLock) 确保数据一致性，避免脏读。 读写均衡 混合使用，根据实际情况动态调整。 根据实际读写比例和数据变化频率，选择合适的锁模式。 也可以考虑使用 tryConvertToReadLock和tryConvertToWriteLock进行锁的转换，避免重复加锁和释放锁。 -
避免长时间持有锁：
- 尽量缩短锁的持有时间，减少其他线程的等待时间。
- 如果锁的持有时间过长，可以考虑将任务分解成多个小任务，每个小任务持有锁的时间较短。
-
避免死锁：
- 确保获取锁的顺序一致。
- 使用
tryLock避免无限等待。
死锁的例子：
import java.util.concurrent.locks.StampedLock; public class StampedLockDeadlockExample { private final StampedLock lock1 = new StampedLock(); private final StampedLock lock2 = new StampedLock(); public void method1() { long stamp1 = lock1.writeLock(); try { System.out.println("Method 1: Acquired lock1"); // 模拟一些操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } long stamp2 = lock2.writeLock(); // 可能造成死锁 try { System.out.println("Method 1: Acquired lock2"); // 模拟一些操作 } finally { lock2.unlockWrite(stamp2); System.out.println("Method 1: Released lock2"); } } finally { lock1.unlockWrite(stamp1); System.out.println("Method 1: Released lock1"); } } public void method2() { long stamp2 = lock2.writeLock(); try { System.out.println("Method 2: Acquired lock2"); // 模拟一些操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } long stamp1 = lock1.writeLock(); // 可能造成死锁 try { System.out.println("Method 2: Acquired lock1"); // 模拟一些操作 } finally { lock1.unlockWrite(stamp1); System.out.println("Method 2: Released lock1"); } } finally { lock2.unlockWrite(stamp2); System.out.println("Method 2: Released lock2"); } } public static void main(String[] args) { StampedLockDeadlockExample example = new StampedLockDeadlockExample(); Thread thread1 = new Thread(example::method1); Thread thread2 = new Thread(example::method2); thread1.start(); thread2.start(); } }避免死锁的方法是：
import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.concurrent.locks.StampedLock; public class StampedLockTryLockExample { private final StampedLock lock1 = new StampedLock(); private final StampedLock lock2 = new StampedLock(); public void method1() { long stamp1 = lock1.writeLock(); try { System.out.println("Method 1: Acquired lock1"); // 模拟一些操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } long stamp2 = lock2.tryWriteLock(100, TimeUnit.MILLISECONDS); // 尝试获取锁，带超时时间 if (stamp2 != 0L) { try { System.out.println("Method 1: Acquired lock2"); // 模拟一些操作 } finally { lock2.unlockWrite(stamp2); System.out.println("Method 1: Released lock2"); } } else { System.out.println("Method 1: Failed to acquire lock2, releasing lock1"); } } finally { lock1.unlockWrite(stamp1); System.out.println("Method 1: Released lock1"); } } public void method2() { long stamp2 = lock2.writeLock(); try { System.out.println("Method 2: Acquired lock2"); // 模拟一些操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } long stamp1 = lock1.tryWriteLock(100, TimeUnit.MILLISECONDS); // 尝试获取锁，带超时时间 if (stamp1 != 0L) { try { System.out.println("Method 2: Acquired lock1"); // 模拟一些操作 } finally { lock1.unlockWrite(stamp1); System.out.println("Method 2: Released lock1"); } } else { System.out.println("Method 2: Failed to acquire lock1, releasing lock2"); } } finally { lock2.unlockWrite(stamp2); System.out.println("Method 2: Released lock2"); } } public static void main(String[] args) { StampedLockTryLockExample example = new StampedLockTryLockExample(); Thread thread1 = new Thread(example::method1); Thread thread2 = new Thread(example::method2); thread1.start(); thread2.start(); } } -
利用
tryConvertToReadLock和tryConvertToWriteLock：tryConvertToReadLock：尝试将写锁转换为读锁，如果成功，可以减少锁的竞争。tryConvertToWriteLock：尝试将读锁转换为写锁，如果成功，可以避免重复加锁。
import java.util.concurrent.locks.StampedLock; public class StampedLockConvertExample { private final StampedLock sl = new StampedLock(); private int data = 0; public void processData() { long stamp = sl.readLock(); // 获取读锁 try { if (data > 10) { long writeStamp = sl.tryConvertToWriteLock(stamp); // 尝试转换为写锁 if (writeStamp != 0L) { stamp = writeStamp; // 转换成功，更新 stamp data = 0; // 写入数据 } else { // 转换失败，释放读锁，获取写锁 sl.unlockRead(stamp); stamp = sl.writeLock(); try { data = 0; // 写入数据 } finally { sl.unlockWrite(stamp); return; } } } System.out.println("Data: " + data); // 读取数据 } finally { sl.unlock(stamp); // 释放锁 } } public static void main(String[] args) { StampedLockConvertExample example = new StampedLockConvertExample(); example.processData(); } } -
谨慎使用
unlock(stamp)：unlock(stamp)可以根据stamp的类型释放锁，但容易出错。- 建议使用
unlockRead(stamp)和unlockWrite(stamp)显式释放读锁和写锁，避免混淆。
-
使用合适的数据结构：
- 如果数据结构本身是线程安全的，可以减少对
StampedLock的依赖。 - 例如，可以使用
ConcurrentHashMap代替HashMap。
- 如果数据结构本身是线程安全的，可以减少对
-
监控和调优：
- 使用 JConsole 或 VisualVM 等工具监控
StampedLock的使用情况。 - 根据监控结果调整锁的模式和持有时间。
- 使用 JConsole 或 VisualVM 等工具监控
总结：选择适合你的锁，并优化使用！
StampedLock 是一把强大的工具，但用好它需要对并发编程有一定的理解。记住，没有银弹，只有最适合你的解决方案。根据你的实际场景，选择合适的锁模式，并不断优化你的代码，才能充分发挥 StampedLock 的优势。
今天的分享就到这里，希望对大家有所帮助。记住，编程之路漫漫，唯有不断学习，才能成为真正的编程高手！下次再见！