Java 8新特性探究（十）StampedLock將是解決同步問題的新寵

jopen 9年前發布 | 15K 次閱讀 Java 8 Java開發

Java8就像一個寶藏，一個小的API改進，也足與寫一篇文章，比如同步，一直是多線程并發編程的一個老話題，相信沒有人喜歡同步的代碼，這會降低應用的吞吐量等性能指標，最壞的時候會掛起死機，但是即使這樣你也沒得選擇，因為要保證信息的正確性。所以本文決定將從synchronized、Lock到Java8新增的StampedLock進行對比分析，相信StampedLock不會讓大家失望。

synchronized

在java5之前，實現同步主要是使用synchronized。它是Java語言的關鍵字，當它用來修飾一個方法或者一個代碼塊的時候，能夠保證在同一時刻最多只有一個線程執行該段代碼。

有四種不同的同步塊：

實例方法
靜態方法
實例方法中的同步塊
靜態方法中的同步塊

大家對此應該不陌生，所以不多講了，以下是代碼示例

synchronized(this)
// do operation
}

小結：在多線程并發編程中Synchronized一直是元老級角色，很多人都會稱呼它為重量級鎖，但是隨著Java SE1.6對Synchronized進行了各種優化之后，性能上也有所提升。

Lock

rwlock.writeLock().lock();
try {
// do operation
} finally {
rwlock.writeLock().unlock();
}

它是Java 5在java.util.concurrent.locks新增的一個API。

Lock是一個接口，核心方法是lock()，unlock()，tryLock()，實現類有ReentrantLock, ReentrantReadWriteLock.ReadLock, ReentrantReadWriteLock.WriteLock；

ReentrantReadWriteLock, ReentrantLock 和synchronized鎖都有相同的內存語義。

與synchronized不同的是，Lock完全用Java寫成，在java這個層面是無關JVM實現的。Lock提供更靈活的鎖機制，很多synchronized 沒有提供的許多特性，比如鎖投票，定時鎖等候和中斷鎖等候，但因為lock是通過代碼實現的，要保證鎖定一定會被釋放，就必須將unLock()放到finally{}中

下面是Lock的一個代碼示例

class Point {
   private double x, y;
   private final StampedLock sl = new StampedLock();
   void move(double deltaX, double deltaY) { // an exclusively locked method
     long stamp = sl.writeLock();
     try {
       x += deltaX;
       y += deltaY;
     } finally {
       sl.unlockWrite(stamp);
     }
   }
  //下面看看樂觀讀鎖案例
   double distanceFromOrigin() { // A read-only method
     long stamp = sl.tryOptimisticRead(); //獲得一個樂觀讀鎖
     double currentX = x, currentY = y; //將兩個字段讀入本地局部變量
     if (!sl.validate(stamp)) { //檢查發出樂觀讀鎖后同時是否有其他寫鎖發生？
        stamp = sl.readLock(); //如果沒有，我們再次獲得一個讀悲觀鎖
        try {
          currentX = x; // 將兩個字段讀入本地局部變量
          currentY = y; // 將兩個字段讀入本地局部變量
        } finally {
           sl.unlockRead(stamp);
        }
     }
     return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
   }
//下面是悲觀讀鎖案例
   void moveIfAtOrigin(double newX, double newY) { // upgrade
     // Could instead start with optimistic, not read mode
     long stamp = sl.readLock();
     try {
       while (x == 0.0 && y == 0.0) { //循環，檢查當前狀態是否符合
         long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp); //將讀鎖轉為寫鎖
         if (ws != 0L) { //這是確認轉為寫鎖是否成功
           stamp = ws; //如果成功 替換票據
           x = newX; //進行狀態改變
           y = newY; //進行狀態改變
           break;
         }
         else { //如果不能成功轉換為寫鎖
           sl.unlockRead(stamp); //我們顯式釋放讀鎖
           stamp = sl.writeLock(); //顯式直接進行寫鎖 然后再通過循環再試
         }
       }
     } finally {
       sl.unlock(stamp); //釋放讀鎖或寫鎖
     }
   }
 }

小結：比synchronized更靈活、更具可伸縮性的鎖定機制，但不管怎么說還是synchronized代碼要更容易書寫些

StampedLock

它是java8在java.util.concurrent.locks新增的一個API。

ReentrantReadWriteLock 在沒有任何讀寫鎖時，才可以取得寫入鎖，這可用于實現了悲觀讀取（Pessimistic Reading），即如果執行中進行讀取時，經常可能有另一執行要寫入的需求，為了保持同步，ReentrantReadWriteLock 的讀取鎖定就可派上用場。

然而，如果讀取執行情況很多，寫入很少的情況下，使用 ReentrantReadWriteLock 可能會使寫入線程遭遇饑餓（Starvation）問題，也就是寫入線程吃吃無法競爭到鎖定而一直處于等待狀態。

StampedLock控制鎖有三種模式（寫，讀，樂觀讀），一個StampedLock狀態是由版本和模式兩個部分組成，鎖獲取方法返回一個數字作為票據stamp，它用相應的鎖狀態表示并控制訪問，數字0表示沒有寫鎖被授權訪問。在讀鎖上分為悲觀鎖和樂觀鎖。

所謂的樂觀讀模式，也就是若讀的操作很多，寫的操作很少的情況下，你可以樂觀地認為，寫入與讀取同時發生幾率很少，因此不悲觀地使用完全的讀取鎖定，程序可以查看讀取資料之后，是否遭到寫入執行的變更，再采取后續的措施（重新讀取變更信息，或者拋出異常），這一個小小改進，可大幅度提高程序的吞吐量！！

下面是java doc提供的StampedLock一個例子

class Point {
   private double x, y;
   private final StampedLock sl = new StampedLock();
   void move(double deltaX, double deltaY) { // an exclusively locked method
     long stamp = sl.writeLock();
     try {
       x += deltaX;
       y += deltaY;
     } finally {
       sl.unlockWrite(stamp);
     }
   }
  //下面看看樂觀讀鎖案例
   double distanceFromOrigin() { // A read-only method
     long stamp = sl.tryOptimisticRead(); //獲得一個樂觀讀鎖
     double currentX = x, currentY = y; //將兩個字段讀入本地局部變量
     if (!sl.validate(stamp)) { //檢查發出樂觀讀鎖后同時是否有其他寫鎖發生？
        stamp = sl.readLock(); //如果沒有，我們再次獲得一個讀悲觀鎖
        try {
          currentX = x; // 將兩個字段讀入本地局部變量
          currentY = y; // 將兩個字段讀入本地局部變量
        } finally {
           sl.unlockRead(stamp);
        }
     }
     return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
   }
//下面是悲觀讀鎖案例
   void moveIfAtOrigin(double newX, double newY) { // upgrade
     // Could instead start with optimistic, not read mode
     long stamp = sl.readLock();
     try {
       while (x == 0.0 && y == 0.0) { //循環，檢查當前狀態是否符合
         long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp); //將讀鎖轉為寫鎖
         if (ws != 0L) { //這是確認轉為寫鎖是否成功
           stamp = ws; //如果成功 替換票據
           x = newX; //進行狀態改變
           y = newY; //進行狀態改變
           break;
         }
         else { //如果不能成功轉換為寫鎖
           sl.unlockRead(stamp); //我們顯式釋放讀鎖
           stamp = sl.writeLock(); //顯式直接進行寫鎖 然后再通過循環再試
         }
       }
     } finally {
       sl.unlock(stamp); //釋放讀鎖或寫鎖
     }
   }
 }

小結：

StampedLock要比ReentrantReadWriteLock更加廉價，也就是消耗比較小。

StampedLock與ReadWriteLock性能對比

下圖是和ReadWritLock相比，在一個線程情況下，是讀速度其4倍左右，寫是1倍。

下圖是六個線程情況下，讀性能是其幾十倍，寫性能也是近10倍左右：

下圖是吞吐量提高：

總結

synchronized是在JVM層面上實現的，不但可以通過一些監控工具監控synchronized的鎖定，而且在代碼執行時出現異常，JVM會自動釋放鎖定；
ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock,、StampedLock都是對象層面的鎖定，要保證鎖定一定會被釋放，就必須將unLock()放到finally{}中；
StampedLock 對吞吐量有巨大的改進，特別是在讀線程越來越多的場景下；
StampedLock有一個復雜的API，對于加鎖操作，很容易誤用其他方法;
當只有少量競爭者的時候，synchronized是一個很好的通用的鎖實現;
當線程增長能夠預估，ReentrantLock是一個很好的通用的鎖實現;

StampedLock 可以說是Lock的一個很好的補充，吞吐量以及性能上的提升足以打動很多人了，但并不是說要替代之前Lock的東西，畢竟他還是有些應用場景的，起碼API比StampedLock容易入手，下篇博文爭取更新快一點，可能會是Nashorn的內容，這里允許我先賣個關子。。。

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Java 8 Java開發

Java 8新特性探究（十）StampedLock將是解決同步問題的新寵

synchronized

Lock

StampedLock

StampedLock與ReadWriteLock性能對比

總結

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