【JUC】三十二、邮戳锁StampedLock

前面提到了从无锁 ⇒ 独占锁 ⇒ 读写锁，但读写锁存在写锁饥饿的情况。

• 【读写锁的演化与锁降级】

本篇邮戳锁（也称版本锁、票据锁）即是对读写锁的再一次演化。

1、邮戳锁

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。

stamp，戳记，long类型，代表了锁的状态，当stamp返回0时，表示线程获取锁失败，且当释放锁或者转换锁时，都要传入最初获取的stamp值。

2、锁饥饿问题的解决思路

idea1：使用公平锁可一定程度上缓解锁饥饿问题，但这样是以牺牲系统吞吐量为代价的

new ReentrantReadWriteLock(true);

idea2：Java8的StampedLock类的乐观读锁

读写锁的实现类ReentrantReadWriteLock是读写互斥，写写互斥，但读读共享，因此性能比synchronized等独占锁好很多。而其读写互斥的特点，在读线程多，写线程少时，会导致写锁饥饿，基于此，邮戳锁提供乐观锁。

获取乐观锁后，其他线程尝试获取写锁时不再会被阻塞，同时，乐观读后也要对结果进行校验。很乐观，认为我读的时候，不会有人改，如此，相比ReentrantReadWriteLock读写锁，性能又上了一个台阶。

对短的只读代码段，使用乐观模式通常可以减少争用并提高吞吐量 （强调短的读，是因为读的时间短了，中间被写线程改数据的概率就低，更容易乐观成功）

3、邮戳锁的特点

• 所有获取锁的方法，都返回一个邮戳Stamp，Stamp为零表示锁获取失败，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必须是和成功获取锁时得到的stamp一致
• StampedLock是不可重入的，因此，如果一个线程已经持有了写锁，又再去获取写锁的话就会造成死锁

StampedLock有三种访问模式：

• Reading(读模式悲观)：功能和ReentrantReadWriteLock的读锁类似
• Writing(写模式)：功能和ReentrantRerdWriteLock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，很乐观的认为读取时没人修改，假如被修改，再升级为悲观读模式

4、代码演示：邮戳锁的传统读写用法

以下演示，邮戳锁也可以当作传统的读写锁来使用：

//资源类
public class ShareSource {

    int number = 6;

    StampedLock stampedLock = new StampedLock();

    /**
     * 写
     */
    public void writer(){
        long stamp = stampedLock.writeLock();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写线程准备修改共享资源");
        try{
            number = number + 1;
        }finally {
            stampedLock.unlockWrite(stamp);
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写线程修改结束");
    }

    /**
     * 悲观读，没读完时，写锁无法获取
     * 读的过程中停几秒，以明显看到是否允许写锁进入
     */
    public void read(){
        long stamp = stampedLock.readLock();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入读锁，预计4秒后读取完成");
        for (int i = 1; i < 5; i++) {
            try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
            NumberFormat nf = NumberFormat.getPercentInstance();
            nf.setMaximumFractionDigits(2); //最大小数位数
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取进度" + nf.format(i/4.00));
        }
        try{
            int result = number;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取完成，获得共享对象变量值为：" + result);
        }finally {
            stampedLock.unlockRead(stamp);
        }
    }
}

测试类：

public class Test {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ShareSource shareSource = new ShareSource();
        new Thread(() -> {
            shareSource.read();
        }, "readThread").start();

        //为了测试效果，确保读线程先启动
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);

        new Thread(() -> {
            shareSource.writer();
        }, "writeThread").start();

        //这里不用JUC辅助类了，直接sleep等着
        TimeUnit.SECONDS.sleep(6);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "查看最终结果number: " + shareSource.number);
    }
}

运行，和普通的读写锁没什么区别，没读完前，写线程不让进，依旧读写互斥：

5、代码演示：邮戳锁之乐观读

下面用邮戳锁的乐观读，演示读的过程也允许写锁介入。先看乐观读的校验方法：

//返回true，代表中途没被其他线程修改

public boolean validate(long stamp)

Demo修改，写资源类的乐观读的业务方法：

//资源类
/**
 * 乐观读
 * 读的过程中允许写锁的获取
 */
public void optimisticRead(){
    long stamp = stampedLock.tryOptimisticRead();
    int result = number;
    //故意间隔4秒，看中间有没其他线程修改过number
    for (int i = 1; i < 5; i++) {
        try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在读取中，"
                + i + "秒后，validate方法值（true无修改，false有修改）：" + stampedLock.validate(stamp));
    }
    //读完了，校验下中途有没被写线程修改过，若有，则升级为悲观读，重读，若无，则无锁偷鸡成功
    if (!stampedLock.validate(stamp)){
        System.out.println("中途被写线程修改过！！！");
        stamp = stampedLock.readLock();
        try {
            System.out.println("已从乐观读升级为悲观读.......");
            result = number;
            System.out.println("悲观读重读的结果：" + result);
        } finally {
          stampedLock.unlockRead(stamp);
        }
    }

    //最终结果
    System.out.println("final result: " + result);
}

测试类同上，启动两个线程充当读线程和写线程：

再调，6妙后，写线程介入，发现乐观读偷鸡成功：

6、邮戳锁的缺点

• 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

7、终章回顾

到此，JUC课程整理完成。2023/12/21 10:54

画个xmind图整体梳理一遍：

顺畅多了，舒服了。之前课完结，最后一篇笔记整理完直接走人，这次按课程老师说的串一遍，不错的习惯。