可重入锁、读写锁、邮戳锁 详解
文章目录
- 1、可重入锁（递归锁）
- 2、读写锁
-
- 2.1、读写分离
- 2.2、从写锁到读锁，ReentrantReadWriteLock可以降级
- 2.3、写锁和读锁是互斥的
- 3、邮戳锁StampedLock
-
- 3.1、是什么
- 3.2、锁饥饿
- 3.3、如何缓解锁饥饿问题呢
-
- 3.3.1、使用“公平”策略
- 3.3.2、StampedLock类的乐观锁
- 3.4、StampedLock的特点
- 3.5、StampedLock的三种访问模式
- 3.6、StampedLock的缺点
1、可重入锁（递归锁）
可重入锁是一种技术： 任意线程在获取到锁之后能够再次获取该锁而不会被锁所阻塞。
可重入锁的原理： 通过组合自定义同步器来实现锁的获取与释放。
- 再次获取锁：识别获取锁的线程是否为当前占据锁的线程，如果是，则再次成功获取。获取锁后，进行计数自增
- 释放锁：释放锁时，进行计数自减。
Java中的可重入锁： ReentrantLock、synchronized修饰的方法或代码段。
可重入锁的作用： 避免死锁。
面试题1： 可重入锁如果加了两把，但是只释放了一把会出现什么问题？ 答：程序卡死，线程不能出来，也就是说我们申请了几把锁，就需要释放几把锁。
面试题2： 如果只加了一把锁，释放两次会出现什么问题？ 答：会报错，java.lang.IllegalMonitorStateException
2、读写锁
2.1、读写分离
读写锁定义为一个资源能够被多个读线程访问，或者被一个写线程访问，但是不能同时存在读写线程 读写分离、可重入
读写锁 通过ReentrantReadWriteLock类来实现 ,只允许读读共存，读写互斥
为了提高性能，Java 提供了读写锁，在读的地方使用读锁，在写的地方使用写锁，灵活控制，如果没有写锁的情况下，读是无阻塞的，在一定程度上提高了程序的执行效率。 读写锁分为读锁 和写锁，多个读锁不互斥，读锁与写锁互斥，这是由 jvm 自己控制的。
读锁： 允许多个线程获取读锁，同时访问同一个资源。
写锁： 只允许一个线程获取写锁，不允许同时访问同一个资源。
举个栗子加深理解：
class MyResource
{
Map<String,String> map = new HashMap<>();
//=====ReentrantLock 等价于 =====synchronized
//Lock lock = new ReentrantLock();
//=====ReentrantReadWriteLock 一体两面，读写互斥，读读共享
ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
public void write(String key,String value)
{
rwLock.writeLock().lock();
try
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"---正在写入");
map.put(key,value);
//暂停毫秒
try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"---完成写入");
}finally {
rwLock.writeLock().unlock();
}
}
public void read(String key)
{
rwLock.readLock().lock();
try
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"---正在读取");
String result = map.get(key);
//后续开启注释修改为2000，演示一体两面，读写互斥，读读共享，读没有完成时候写锁无法获得
//try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"---完成读取result："+result);
}finally {
rwLock.readLock().unlock();
}
}
}
public class ReentrantReadWriteLockDemo
{
public static void main(String[] args)
{
MyResource myResource = new MyResource();
for (int i = 1; i <=10; i++) {
int finalI = i;
new Thread(() -> {
myResource.write(finalI +"", finalI +"");
},String.valueOf(i)).start();
}
for (int i = 1; i <=10; i++) {
int finalI = i;
new Thread(() -> {
myResource.read(finalI +"");
},String.valueOf(i)).start();
}
//暂停几秒钟线程
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
//读全部over才可以继续写
for (int i = 1; i <=3; i++) {
int finalI = i;
new Thread(() -> {
myResource.write(finalI +"", finalI +"");
},"newWriteThread==="+String.valueOf(i)).start();
}
}
/**
* 运行结果:
* 3 ---正在写入
* 3 ---完成写入
* 4 ---正在写入
* 4 ---完成写入
* 1 ---正在写入
* 1 ---完成写入
* 2 ---正在写入
* 2 ---完成写入
* 5 ---正在写入
* 5 ---完成写入
* 6 ---正在写入
* 6 ---完成写入
* 7 ---正在写入
* 7 ---完成写入
* 8 ---正在写入
* 8 ---完成写入
* 9 ---正在写入
* 9 ---完成写入
* 10 ---正在写入
* 10 ---完成写入
* 1 ---正在读取
* 1 ---完成读取result：1
* 2 ---正在读取
* 3 ---正在读取
* 5 ---正在读取
* 5 ---完成读取result：5
* 2 ---完成读取result：2
* 10 ---正在读取
* 10 ---完成读取result：10
* 4 ---正在读取
* 8 ---正在读取
* 8 ---完成读取result：8
* 9 ---正在读取
* 9 ---完成读取result：9
* 7 ---正在读取
* 7 ---完成读取result：7
* 6 ---正在读取
* 6 ---完成读取result：6
* 3 ---完成读取result：3
* 4 ---完成读取result：4
* newWriteThread===3 ---正在写入
* newWriteThread===3 ---完成写入
* newWriteThread===2 ---正在写入
* newWriteThread===2 ---完成写入
* newWriteThread===1 ---正在写入
* newWriteThread===1 ---完成写入
*
* Process finished with exit code 0
*/
}
2.2、从写锁到读锁，ReentrantReadWriteLock可以降级
锁降级：遵循获取写锁、获取读锁再释放写锁，写锁能够降级为读锁
一句话，将写锁降级为读锁
如果一个线程占有了写锁，在不释放写锁的情况下，它还能占有读锁，即写锁降级为读锁。
锁降级是为了让当前线程感知到数据的变化，目的是保证数据可见性
举个栗子：
/**
* 锁降级：遵循获取写锁→再获取读锁→再释放写锁的次序，写锁能够降级成为读锁。
*
* 如果一个线程占有了写锁，在不释放写锁的情况下，它还能占有读锁，即写锁降级为读锁。
*/
public class LockDownGradingDemo
{
public static void main(String[] args)
{
ReentrantReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = readWriteLock.readLock();
ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = readWriteLock.writeLock();
writeLock.lock();
System.out.println("-------正在写入");
//此时没有释放写锁就获取读锁
readLock.lock();
System.out.println("-------正在读取");
writeLock.unlock();
}
/**
* 运行结果:
* -------正在写入
* -------正在读取
*
* Process finished with exit code 0
*/
}
线程获取读锁是不能直接升级为写入锁的，也就是说可以写锁降级为读锁，不可逆
在ReentrantReadWriteLock中，当读锁被使用时，如果有线程尝试获取写锁，该写线程会被阻塞
所以，需要释放所有读锁，才可获取写锁
2.3、写锁和读锁是互斥的
（这里的互斥是指线程间的互斥，当前线程可以获取到写锁又获取到读锁，但是获取到了读锁不能继续获取写锁），这是因为读写锁要保持写操作的可见性。
因为，如果允许读锁在被获取的情况下对写锁的获取，那么正在运行的其他读线程无法感知到当前写线程的操作,可能会出现脏读。
因此，分析读写锁ReentrantReadWriteLock，会发现它有个潜在的问题：
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ReadWriteLock读的过程中不允许写，只有等待线程都释放了读锁，当前线程才能获取写锁，
也就是写入必须等待，这是一种悲观的读锁，o(╥﹏╥)o，人家还在读着那，你先别去写，省的数据乱
有没有比读写锁更快的锁？
3、邮戳锁StampedLock
无锁、独占锁、读写锁、邮戳锁
3.1、是什么
StampedLock是JDK1.8中新增的一个读写锁，是对JDK1.5中的读写锁ReentrantReadWriteLock的优化
stamp 戳记 ，代表了锁的状态，当stamp返回 0 时 ，表示线程获取锁失败，当释放锁或者转换锁的时候，都要传入最初获取的 stamp 值
3.2、锁饥饿
ReentrantReadWriteLock实现了读写分离，但是一旦读操作比较多的时候，想要获取写锁就变得比较困难了
假如当前1000个线程，999个读，1个写，有可能999个读取线程长时间抢到了锁，那1个写线程就悲剧了
因为当前有可能会一直存在读锁，而无法获得写锁，根本没机会写，o(╥﹏╥)o
3.3、如何缓解锁饥饿问题呢
3.3.1、使用“公平”策略
使用“公平”策略可以一定程度上缓解锁饥饿问题，但是会牺牲系统吞吐量为代价
new ReentrantReadWriteLock(true)
3.3.2、StampedLock类的乐观锁
- ReentrantReadWriteLock
允许多个线程同时读，但是只允许一个线程写，在线程获取到写锁的时候，其他写操作和读操作都会处于阻塞状态，
读锁和写锁也是互斥的，所以在读的时候是不允许写的，读写锁比传统的synchronized速度要快很多，
原因就是在于ReentrantReadWriteLock支持读并发
- StampedLock横空出世
ReentrantReadWriteLock的读锁被占用的时候，其他线程尝试获取写锁的时候会被阻塞。
但是，StampedLock采取乐观获取锁后，其他线程尝试获取写锁时不会被阻塞，这其实是对读锁的优化，
所以，在获取乐观读锁后，还需要对结果进行校验。
3.4、StampedLock的特点
- 所有
获取锁的方法，都返回一个邮戳（Stamp）,Stamp 为0 表示失败，其余都表示成功 - 所有
释放锁的方法，都需要一个邮戳（Stamp）,这个Stamp必须和成功获取锁时得到的Stamp 一致 - StampedLock是
不可重入的，如果一个线程已经持有了写锁，再去获取写锁的话就会造成死锁
3.5、StampedLock的三种访问模式
Reading(读模式)：功能和ReentrantReadWriteLock的读锁类似Writing(写模式)：功能和ReentrantReadWriteLock的写锁类似Optimistic reading （乐观读模式）：无锁机制，类似于数据库中的乐观锁，支持读写并发，很乐观的认为读操作时没有人来修改，假如被修改再升级为悲观锁模式
乐观读模式小栗子：读的过程中允许写锁介入
public class StampedLockDemo
{
static int number = 37;
static StampedLock stampedLock = new StampedLock();
public void write()
{
long stamp = stampedLock.writeLock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"=====写线程准备修改");
try
{
number = number + 13;
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
stampedLock.unlockWrite(stamp);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"=====写线程结束修改");
}
//悲观读
public void read()
{
long stamp = stampedLock.readLock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t come in readlock block,4 seconds continue...");
//暂停几秒钟线程
for (int i = 0; i <4 ; i++) {
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 正在读取中......");
}
try
{
int result = number;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+" 获得成员变量值result：" + result);
System.out.println("写线程没有修改值，因为 stampedLock.readLock()读的时候，不可以写，读写互斥");
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
stampedLock.unlockRead(stamp);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t finally value: "+number);
}
//乐观读
public void tryOptimisticRead()
{
long stamp = stampedLock.tryOptimisticRead();
int result = number;
//间隔4秒钟，我们很乐观的认为没有其他线程修改过number值，实际靠判断。
System.out.println("4秒前stampedLock.validate值(true无修改，false有修改)"+"\t"+stampedLock.validate(stamp));
for (int i = 1; i <=4 ; i++) {
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 正在读取中......"+i+
"秒后stampedLock.validate值(true无修改，false有修改)"+"\t"
+stampedLock.validate(stamp));
}
if(!stampedLock.validate(stamp)) {
System.out.println("有人动过--------存在写操作！");
stamp = stampedLock.readLock();
try {
System.out.println("从乐观读 升级为 悲观读");
result = number;
System.out.println("重新悲观读锁通过获取到的成员变量值result：" + result);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
stampedLock.unlockRead(stamp);
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t finally value: "+result);
}
public static void main(String[] args)
{
StampedLockDemo resource = new StampedLockDemo();
new Thread(() -> {
//resource.read();
resource.tryOptimisticRead();
},"readThread").start();
// 2秒钟时乐观读失败，6秒钟乐观读取成功resource.tryOptimisticRead();，修改切换演示
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(6); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
new Thread(() -> {
resource.write();
},"writeThread").start();
}
/**
* 运行过程:
* 悲观读情况:
* readThread come in readlock block,4 seconds continue...
* readThread 正在读取中......
* readThread 正在读取中......
* readThread 正在读取中......
* readThread 正在读取中......
* readThread 获得成员变量值result：37
* 写线程没有修改值，因为 stampedLock.readLock()读的时候，不可以写，读写互斥
* writeThread =====写线程准备修改
* writeThread =====写线程结束修改
*
* 进程已结束,退出代码0
* --------------------------------------------------------------------
* 乐观读情况:
* 4秒前stampedLock.validate值(true无修改，false有修改) true
* readThread 正在读取中......1秒后stampedLock.validate值(true无修改，false有修改) true
* readThread 正在读取中......2秒后stampedLock.validate值(true无修改，false有修改) true
* readThread 正在读取中......3秒后stampedLock.validate值(true无修改，false有修改) true
* readThread 正在读取中......4秒后stampedLock.validate值(true无修改，false有修改) true
* readThread finally value: 37
* main最终值37
* writeThread =====写线程准备修改
* writeThread =====写线程结束修改
*
* 进程已结束,退出代码0
*/
}
3.6、StampedLock的缺点
StampedLock不支持重入，没有Re开头
StampedLock的悲观读锁和写锁都不支持条件变量（Condition）
使用StampedLock 一定不要调用中断操作，即不要调用 interrupt()方法
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()