在JDK的J.U.C包中,提供了丰富类型的锁(Lock)的能力,它们均实现了Lock接口,并扩展了不同类型的锁的实现,其中我们比较常见的锁有ReentrantLock
、ReentrantReadWriteLock
、StampedLock
,本篇,我们就对这三种类型的锁进行横向比较,来分析其各自的特性,可以帮助您来根据场景来准确的判断,如何正确的来使用它们。
相关实现可以参见:
聊聊并发:(九)concurrent包之ReentrantLock分析
聊聊并发:(十)concurrent包之ReentrantReadWriteLock分析
ReentrantLock
是一个独占型的可重入锁,是我们开发并发程序中比较常用的一种锁,它支持重入性,表示能够对共享资源能够重复加锁,即当前线程获取该锁再次获取不会被阻塞。
ReentrantLock
经常拿来与synchronized
关键字来进行对比,synchronized
的锁也是支持可重入的,只不过synchronized
的可重入性是基于Java语言的实现机制实现,ReentrantLock
是基于代码层面进行的实现。
与synchronized
类似,ReentrantLock
也是一个独占锁,即当一个线程获取了锁的资源,其他线程请求锁资源时,会进行阻塞,直到占有锁资源的线程将其释放,其他线程才可以进行锁的抢夺。
但是在实际的互联网业务场景下,往往很多场景都是属于读多写少的场景,在高并发的场景下,可能会存在十个线程同时抢夺锁资源,其中七个线程是请求读,三个线程是请求写,但是当一个读的线程争抢到锁的资源后,其他六个读的线程,就必须进入同步队列等待锁资源(AQS队列),这样的话会大大降低并发度,同时也会造成一定的资源的浪费。
那么,针对这种读多写少的场景,是否有合适的锁类型呢?
针对上一段中所说的,针对多读写少的场景下,锁资源抢夺的“痛点”,J.U.C中提供了另一种锁的实现——ReentrantReadWriteLock
。
ReentrantReadWriteLock
允许同一时刻被多个读线程访问,但是在写线程访问时,所有的读线程和其他的写线程都会被阻塞。
ReentrantReadWriteLock
在内部实现了两种锁的类型,分别为读锁和写锁。同时,它也是一个支持可重入的锁,当持有读锁的线程获取后能再次获取同一把锁,写锁获取之后能够再次获取写锁,同时也能够获取读锁,但是反之则不可以,即持有读锁的线程,不可以再次获取写锁。
针对读多写少的场景,ReentrantReadWriteLock
是非常的适合,当写锁未被占有时,可以支持多个线程获取读锁资源,以此来大幅度提高并发度。
但是ReentrantReadWriteLock
的使用需要注意的一点是,写锁与读锁的降级策略,需要遵循获取写锁,获取读锁再释放写锁的次序,写锁能够降级成为读锁,但是反之不可以,即读锁不可以升级为写锁。
通过我们的分析可看出,会发现ReentrantReadWriteLock
有个潜在的问题:如果有线程正在读,写线程需要等待读线程释放锁后才能获取写锁,即读的过程中不允许写,这是一种悲观的读锁。
那么问题来了,要进一步提升并发执行效率,是否有更加优化策略的锁实现呢?
在JDK1.8中,J.U.C中为了进一步提升锁的效率,引入了新的读写锁:StampedLock
。
相比较于ReentrantReadWriteLock
而言,改进之处在于:读的过程中也允许获取写锁后写入,如此,读取的数据就可能不一致,所以,需要一点额外的代码来判断读的过程中是否有写入,这种读锁是一种乐观读锁。
乐观锁的意思就是乐观地估计读的过程中大概率不会有写入,因此被称为乐观锁。反过来,悲观锁则是读的过程中拒绝有写入,也就是写入必须等待。显然乐观锁的并发效率更高,但一旦有小概率的写入导致读取的数据不一致,需要能检测出来,再读一遍就行。
StampedLock
支持三种模式的锁:
1、写锁writeLock
,当一个线程获取该锁后,其它请求的线程必须等待;
2、悲观读锁readLock
,与ReentrantReadWriteLock
功能类型,在没有线程获取独占写锁的情况下,同时多个线程可以获取该锁,如果已经有线程持有写锁,其他线程请求获取该读锁会被阻塞。
3、乐观读锁tryOptimisticRead
,是相对于悲观锁来说的,如果当前没有线程持有写锁,则简单的返回一个非0的stamp
版本信息,获取该stamp
后在具体操作数据前还需要调用validate
验证下该stamp
是否已经不可用,也就是看当调用tryOptimisticRead
返回stamp
后到到当前时间间是否有其他线程持有了写锁,如果是那么validate
会返回0,否者就可以使用该stamp
版本的锁对数据进行操作。
我们来看一下JDK源码中对于StampedLock
的使用方式给出的demo:
class Point {
private double x, y;
private final StampedLock sl = new StampedLock();
void move(double deltaX, double deltaY) { // an exclusively locked method
// 获取写锁
long stamp = sl.writeLock();
try {
x += deltaX;
y += deltaY;
} finally {
sl.unlockWrite(stamp);
}
}
double distanceFromOrigin() { // A read-only method
// 获取乐观读锁
long stamp = sl.tryOptimisticRead();
double currentX = x, currentY = y;
// 检查乐观读锁后是否有其他写锁发生
if (!sl.validate(stamp)) {
// 乐观锁加成失败,重新获取读锁
stamp = sl.readLock();
try {
currentX = x;
currentY = y;
} finally {
sl.unlockRead(stamp);
}
}
return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
}
void moveIfAtOrigin(double newX, double newY) { // upgrade
// Could instead start with optimistic, not read mode
// 获取读锁
long stamp = sl.readLock();
try {
while (x == 0.0 && y == 0.0) {
// 尝试升级为写锁
long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp);
// 如果失败,返回0
if (ws != 0L) {
stamp = ws;
x = newX;
y = newY;
break;
} else {
sl.unlockRead(stamp);
stamp = sl.writeLock();
}
}
} finally {
sl.unlock(stamp);
}
}
}
StampedLock
的写锁获取与其他两种锁没有区别,核心点在于读锁的获取。
StampedLock
提供了tryOptimisticRead
方法来获取一个乐观锁,并返回一个版本号。该版本号用于validate
方法,以此来验证版本号。
如果在读取过程中没有写入,版本号不变,验证成功,我们就可以放心地继续后续操作。如果在读取过程中有写入,版本号会发生变化,验证将失败。在失败的时候,我们再通过获取悲观读锁再次读取。
由于写入的概率不高,程序在绝大部分情况下可以通过乐观读锁获取数据,极少数情况下使用悲观读锁获取数据。
相比于ReentrantReadWriteLock
,StampedLock
同时支持了锁的升级,可以由读锁升级为写锁,通过tryConvertToWriteLock
方法将读锁升级为写锁,如果当前写锁可用,则释放掉读锁获取写锁,并返回标记。
可见,StampedLock
把读锁细分为乐观读和悲观读,能进一步提升并发效率。
但这也是有代价的:一是代码更加复杂,二是StampedLock
是不可重入锁,不能在一个线程中反复获取同一个锁。
上面,我们对JDK1.8中J.U.C中支持的三种锁的实现进行了简单介绍,下面我们就对这三种类型的锁进行一下简单的横向对比:
锁 | 特性 | 是否支持重入 | 是否支持锁升级 | 适合场景 |
---|---|---|---|---|
ReentrantLock | 独占可重入 | 是 | 无 | 纯写入 |
ReentrantReadWriteLock | 非独占可重读,读写锁,悲观锁 | 是 | 否 | 读写均衡 |
StampedLock | 非独占不可重入,多模式锁,乐观锁 | 否 | 是 | 读多写少 |
本篇,我们对J.U.C包中的三种类型的锁进行了简要介绍,同时对它们的特性进行了对比,相比于Java同步关键字synchronized
来实现线程同步,J.U.C中丰富的锁类型可以更加适应今天复杂的业务场景的需求,根据自己的实际业务需要选择正确合适的锁类型,显得尤为关键,希望本篇可以为您带来一些参考。