JUC之 ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、StampedLock

面试题

1. 你知道Java里面有哪些锁?
2. 你说你用过读写锁，锁饥饿问题是什么？
3. 有没有比读写锁更快的锁？
4. StampedLock知道吗?(邮戳锁/票据锁)
5. ReentrantReadWriteLock有锁降级机制策略你知道吗？

ReentrantReadWriteLock（读写锁）

• 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。
• 读写锁ReentrantReadWriteLock并不是真正意义上的读写分离，它只允许读读共存，而读写和写写依然是互斥的，大多实际场景是“读/读”线程间并不存在互斥关系，只有"读/写"线程或"写/写"线程间的操作需要互斥的。因此引入ReentrantReadWriteLock。
• 一个ReentrantReadWriteLock同时只能存在一个写锁但是可以存在多个读锁，但不能同时存在写锁和读锁。
• 只有在读多写少情境之下，读写锁才具有较高的性能体现。

特点

1. 可重入
2. 读写分离

从写锁→读锁，ReentrantReadWriteLock可以降级

锁的严苛程度变强叫做升级，反之叫做降级

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。

• 通过获取写入锁定，然后读取锁然后释放写锁从写锁到读取锁, 但是，从读锁定升级到写锁是不可能的
• 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。

锁降级的好处

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

1. 代码中声明了一个volatile类型的cacheValid变量，保证其可见性。
2. 首先获取读锁，如果cache不可用，则释放读锁，获取写锁，在更改数据之前，再检查一次cacheValid的值，然后修改数据，将cacheValid置为true，然后在释放写锁前获取读锁；此时，cache中数据可用，处理cache中数据，最后释放读锁。这个过程就是一个完整的锁降级的过程，目的是保证数据可见性。
3. 如果违背锁降级的步骤 如果当前的线程C在修改完cache中的数据后，没有获取读锁而是直接释放了写锁，那么假设此时另一个线程D获取了写锁并修改了数据，那么C线程无法感知到数据已被修改，则数据出现错误。
4. 如果遵循锁降级的步骤 线程C在释放写锁之前获取读锁，那么线程D在获取写锁时将被阻塞，直到线程C完成数据处理过程，释放读锁。这样可以保证返回的数据是这次更新的数据，该机制是专门为了缓存设计的。

邮戳锁StampedLock

StampedLock是JDK1.8中新增的一个读写锁，也是对JDK1.5中的读写锁ReentrantReadWriteLock的优化。邮戳锁 也叫 票据锁
stamp（戳记，long类型）代表了锁的状态。当stamp返回零时，表示线程获取锁失败。并且，当释放锁或者转换锁的时候，都要传入最初获取的stamp值。

它是由锁饥饿问题引出

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;

如何解决

使用公平锁，代价是牺牲性能；

StampedLock类的乐观读锁

• 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；
• 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。

StampedLock的特点

1. 所有获取锁的方法，都返回一个邮戳（Stamp），Stamp为零表示获取失败，其余都表示成功；
2. 所有释放锁的方法，都需要一个邮戳（Stamp），这个Stamp必须是和成功获取锁时得到的Stamp一致；
3. StampedLock是不可重入的，危险(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)

三种访问模式

1. Reading（读模式）：功能和ReentrantReadWriteLock的读锁类似
2. Writing（写模式）：功能和ReentrantReadWriteLock的写锁类似
3. 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，很乐观认为读取时没人修改，假如被修改再实现升级为悲观读模式

StampedLock的缺点

1. StampedLock 不支持重入，没有Re开头
2. StampedLock 的悲观读锁和写锁都不支持条件变量（Condition），这个也需要注意。
3. 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()