我敢說：面試問這個，99%的程序員秒掛！！
今天為大家介紹一個在高并發(fā)環(huán)境下，比讀寫鎖性能更高的鎖。可能很多小伙伴都不知道StampedLock是啥，至少我身邊的很多小伙伴都沒使用過StampedLock鎖，今天，我們就一起來聊聊這個在高并發(fā)環(huán)境下比ReadWriteLock更快的鎖——StampedLock。
什么是StampedLock?
ReadWriteLock鎖允許多個線程同時讀取共享變量，但是在讀取共享變量的時候，不允許另外的線程多共享變量進(jìn)行寫操作，更多的適合于讀多寫少的環(huán)境中。那么，在讀多寫少的環(huán)境中，有沒有一種比ReadWriteLock更快的鎖呢？
答案當(dāng)然是有！那就是我們今天要介紹的主角——JDK1.8中新增的StampedLock！沒錯，就是它！
StampedLock與ReadWriteLock相比，在讀的過程中也允許后面的一個線程獲取寫鎖對共享變量進(jìn)行寫操作，為了避免讀取的數(shù)據(jù)不一致，使用StampedLock讀取共享變量時，需要對共享變量進(jìn)行是否有寫入的檢驗操作，并且這種讀是一種樂觀讀。
總之，StampedLock是一種在讀取共享變量的過程中，允許后面的一個線程獲取寫鎖對共享變量進(jìn)行寫操作，使用樂觀讀避免數(shù)據(jù)不一致的問題，并且在讀多寫少的高并發(fā)環(huán)境下，比ReadWriteLock更快的一種鎖。
StampedLock三種鎖模式
這里，我們可以簡單對比下StampedLock與ReadWriteLock，ReadWriteLock支持兩種鎖模式：一種是讀鎖，另一種是寫鎖，并且ReadWriteLock允許多個線程同時讀共享變量，在讀時，不允許寫，在寫時，不允許讀，讀和寫是互斥的，所以，ReadWriteLock中的讀鎖，更多的是指悲觀讀鎖。
StampedLock支持三種鎖模式：寫鎖、讀鎖（這里的讀鎖指的是悲觀讀鎖）和樂觀讀（很多資料和書籍寫的是樂觀讀鎖，這里我個人覺得更準(zhǔn)確的是樂觀讀，為啥呢？我們繼續(xù)往下看啊）。其中，寫鎖和讀鎖與ReadWriteLock中的語義類似，允許多個線程同時獲取讀鎖，但是只允許一個線程獲取寫鎖，寫鎖和讀鎖也是互斥的。
另一個與ReadWriteLock不同的地方在于：StampedLock在獲取讀鎖或者寫鎖成功后，都會返回一個Long類型的變量，之后在釋放鎖時，需要傳入這個Long類型的變量。例如，下面的偽代碼所示的邏輯演示了StampedLock如何獲取鎖和釋放鎖。
public class StampedLockDemo{
//創(chuàng)建StampedLock鎖對象
public StampedLock stampedLock = new StampedLock();
//獲取、釋放讀鎖
public void testGetAndReleaseReadLock(){
long stamp = stampedLock.readLock();
try{
//執(zhí)行獲取讀鎖后的業(yè)務(wù)邏輯
}finally{
//釋放鎖
stampedLock.unlockRead(stamp);
}
}
//獲取、釋放寫鎖
public void testGetAndReleaseWriteLock(){
long stamp = stampedLock.writeLock();
try{
//執(zhí)行獲取寫鎖后的業(yè)務(wù)邏輯。
}finally{
//釋放鎖
stampedLock.unlockWrite(stamp);
}
}
}StampedLock支持樂觀讀，這是它比ReadWriteLock性能要好的關(guān)鍵所在。 ReadWriteLock在讀取共享變量時，所有對共享變量的寫操作都會被阻塞。而StampedLock提供的樂觀讀，在多個線程讀取共享變量時，允許一個線程對共享變量進(jìn)行寫操作。
我們再來看一下JDK官方給出的StampedLock示例，如下所示。
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);
}
}
double distanceFromOrigin() { // A read-only method
long stamp = sl.tryOptimisticRead();
double currentX = x, currentY = y;
if (!sl.validate(stamp)) {
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
long stamp = sl.readLock();
try {
while (x == 0.0 && y == 0.0) {
long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp);
if (ws != 0L) {
stamp = ws;
x = newX;
y = newY;
break;
}
else {
sl.unlockRead(stamp);
stamp = sl.writeLock();
}
}
} finally {
sl.unlock(stamp);
}
}
}在上述代碼中，如果在執(zhí)行樂觀讀操作時，另外的線程對共享變量進(jìn)行了寫操作，則會把樂觀讀升級為悲觀讀鎖，如下代碼片段所示。
double distanceFromOrigin() { // A read-only method
//樂觀讀
long stamp = sl.tryOptimisticRead();
double currentX = x, currentY = y;
//判斷是否有線程對變量進(jìn)行了寫操作
//如果有線程對共享變量進(jìn)行了寫操作
//則sl.validate(stamp)會返回false
if (!sl.validate(stamp)) {
//將樂觀讀升級為悲觀讀鎖
stamp = sl.readLock();
try {
currentX = x;
currentY = y;
} finally {
//釋放悲觀鎖
sl.unlockRead(stamp);
}
}
return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
}這種將樂觀讀升級為悲觀讀鎖的方式相比一直使用樂觀讀的方式更加合理，如果不升級為悲觀讀鎖，則程序會在一個循環(huán)中反復(fù)執(zhí)行樂觀讀操作，直到樂觀讀操作期間沒有線程執(zhí)行寫操作，而在循環(huán)中不斷的執(zhí)行樂觀讀會消耗大量的CPU資源，升級為悲觀讀鎖是更加合理的一種方式。
StampedLock實現(xiàn)思想
StampedLock內(nèi)部是基于CLH鎖實現(xiàn)的，CLH是一種自旋鎖，能夠保證沒有“饑餓現(xiàn)象”的發(fā)生，并且能夠保證FIFO（先進(jìn)先出）的服務(wù)順序。
在CLH中，鎖維護(hù)一個等待線程隊列，所有申請鎖，但是沒有成功的線程都會存入這個隊列中，每一個節(jié)點代表一個線程，保存一個標(biāo)記位(locked)，用于判斷當(dāng)前線程是否已經(jīng)釋放鎖，當(dāng)locked標(biāo)記位為true時， 表示獲取到鎖，當(dāng)locked標(biāo)記位為false時，表示成功釋放了鎖。
當(dāng)一個線程試圖獲得鎖時，取得等待隊列的尾部節(jié)點作為其前序節(jié)點，并使用類似如下代碼判斷前序節(jié)點是否已經(jīng)成功釋放鎖:
while (pred.locked) {
//省略操作
}只要前序節(jié)點(pred)沒有釋放鎖，則表示當(dāng)前線程還不能繼續(xù)執(zhí)行，因此會自旋等待；反之，如果前序線程已經(jīng)釋放鎖，則當(dāng)前線程可以繼續(xù)執(zhí)行。
釋放鎖時，也遵循這個邏輯，線程會將自身節(jié)點的locked位置標(biāo)記為false，后續(xù)等待的線程就能繼續(xù)執(zhí)行了，也就是已經(jīng)釋放了鎖。
StampedLock的實現(xiàn)思想總體來說，還是比較簡單的，這里就不展開講了。
StampedLock的注意事項
在讀多寫少的高并發(fā)環(huán)境下，StampedLock的性能確實不錯，但是它不能夠完全取代ReadWriteLock。在使用的時候，也需要特別注意以下幾個方面。
StampedLock不支持重入
沒錯，StampedLock是不支持重入的，也就是說，在使用StampedLock時，不能嵌套使用，這點在使用時要特別注意。
StampedLock不支持條件變量
第二個需要注意的是就是StampedLock不支持條件變量，無論是讀鎖還是寫鎖，都不支持條件變量。
StampedLock使用不當(dāng)會導(dǎo)致CPU飆升
這點也是最重要的一點，在使用時需要特別注意：如果某個線程阻塞在StampedLock的readLock()或者writeLock()方法上時，此時調(diào)用阻塞線程的interrupt()方法中斷線程，會導(dǎo)致CPU飆升到100%。例如，下面的代碼所示。
public void testStampedLock() throws Exception{
final StampedLock lock = new StampedLock();
Thread thread01 = new Thread(()->{
// 獲取寫鎖
lock.writeLock();
// 永遠(yuǎn)阻塞在此處，不釋放寫鎖
LockSupport.park();
});
thread01.start();
// 保證thread01獲取寫鎖
Thread.sleep(100);
Thread thread02 = new Thread(()->
//阻塞在悲觀讀鎖
lock.readLock()
);
thread02.start();
// 保證T2阻塞在讀鎖
Thread.sleep(100);
//中斷線程thread02
//會導(dǎo)致線程thread02所在CPU飆升
thread02.interrupt();
thread02.join();
}運(yùn)行上面的程序，會導(dǎo)致thread02線程所在的CPU飆升到100%。
這里，有很多小伙伴不太明白為啥LockSupport.park();會導(dǎo)致thread01會永遠(yuǎn)阻塞。這里，冰河為你畫了一張線程的生命周期圖，如下所示。
圖片
這下明白了吧？在線程的生命周期中，有幾個重要的狀態(tài)需要說明一下。
- NEW：初始狀態(tài)，線程被構(gòu)建，但是還沒有調(diào)用start()方法。
- RUNNABLE：可運(yùn)行狀態(tài)，可運(yùn)行狀態(tài)可以包括：運(yùn)行中狀態(tài)和就緒狀態(tài)。
- BLOCKED：阻塞狀態(tài)，處于這個狀態(tài)的線程需要等待其他線程釋放鎖或者等待進(jìn)入synchronized。
- WAITING：表示等待狀態(tài)，處于該狀態(tài)的線程需要等待其他線程對其進(jìn)行通知或中斷等操作，進(jìn)而進(jìn)入下一個狀態(tài)。
- TIME_WAITING：超時等待狀態(tài)。可以在一定的時間自行返回。
- TERMINATED：終止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)前線程執(zhí)行完畢。
看完這個線程的生命周期圖，知道為啥調(diào)用LockSupport.park();會使thread02阻塞了吧？
所以，在使用StampedLock時，一定要注意避免線程所在的CPU飆升的問題。那如何避免呢？
那就是使用StampedLock的readLock()方法或者讀鎖和使用writeLock()方法獲取寫鎖時，一定不要調(diào)用線程的中斷方法來中斷線程，如果不可避免的要中斷線程的話，一定要用StampedLock的readLockInterruptibly()方法獲取可中斷的讀鎖和使用StampedLock的writeLockInterruptibly()方法獲取可中斷的悲觀寫鎖。
最后，對于StampedLock的使用，JDK官方給出的StampedLock示例本身就是一個最佳實踐了，小伙伴們可以多看看JDK官方給出的StampedLock示例，多多體會下StampedLock的使用方式和背后原理與核心思想。
