极客时间《Java并发编程实战》笔记---ReadWriteLock与StampedLock

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2023-01-10 13:26 82阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  实现缓存的按需加载
 *  读写锁的升级与降级
 *  比读写锁更快的锁---StampedLock
 *   *   *  StampedLock 支持的三种锁模式
         *  乐观读的实现与数据库的乐观锁非常相似
         *  StampedLock的使用注意事项
         *  StampedLock 的使用模板，建议在以后的使用中直接套用或参考

# 实现缓存的按需加载 #

package com.codes;
    
    import java.util.Map;
    import java.util.concurrent.locks.Lock;
    import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
    
    class Cache<K, V> { 
        final Map<K, V> m =
                new HashMap<>();
        final ReadWriteLock rwl =
                new ReentrantReadWriteLock();
        // 读锁
        final Lock r = rwl.readLock();
        // 写锁
        final Lock w = rwl.writeLock();
    
        // 读缓存
        V get(K key) { 
            r.lock();
            try { 
                //缓存中存在，直接返回
                if (m.containsKey(key)) { 
                    return m.get(key);
                }
            } finally { 
                r.unlock();
            }
    
            w.lock(); //⑤
            try { 
                //再次检查缓存中是否存在（重点理解！！！）
                if (m.containsKey(key)) { 
                    return m.get(key);
                }
                //查询数据库并写入
                V value = DB.getByKey(key);
                m.put(key, value);
                return m.get(key);
            } finally { 
                w.unlock();
            }
        }
        // 写缓存
        V put(K key, V value) { 
            w.lock();
            try { 
                return m.put(key, value);
            } finally { 
                w.unlock();
            }
        }
    }

再次检查缓存是否存在是因为：在高并发的场景下，有可能会有多线程竞争写锁。假设缓存是空的，没有缓存任何东西，如果此时有三个线程 T1、T2 和 T3 同时调用 get() 方法，并且参数 key 也是相同的。那么它们会同时执行到代码⑤处，但\*\*此时只有一个线程能够获得写锁，假设是线程 T1，线程 T1 获取写锁之后查询数据库并更新缓存，最终释放写锁。此时线程 T2 和 T3 会再有一个线程能够获取写锁，假设是 T2，如果不采用再次验证的方式，此时 T2 会再次查询数据库。T2 释放写锁之后，T3 也会再次查询一次数据库。而实际上线程 T1 已经把缓存的值设置好了，T2、T3 完全没有必要再次查询数据库。\*\*所以，再次验证的方式，能够避免高并发场景下重复查询数据的问题。

# 读写锁的升级与降级 #

升级就是**先获取读锁，然后再升级为写锁**，降级就是 **先获取写锁，然后再降级为读锁**  
但是 `ReadWriteLock 不支持锁的升级，只支持锁的降级`，如果在获取写锁时，没有释放掉占有的读锁就会 **导致写锁永久等待，最终导致相关线程都被阻塞，永远也没有机会被唤醒。**

> 原因：由于获取写锁需要释放所有的读锁，在这里是矛盾的。

> 只有写锁支持条件变量，读锁是不支持条件变量的，读锁调用 newCondition() 会抛出 UnsupportedOperationException 异常。

# 比读写锁更快的锁—StampedLock #

在读多写少的场景下，Java 在 1.8 这个版本里，提供了一种叫 StampedLock 的锁，它的性能比读写锁还要好。

### StampedLock 支持的三种锁模式 ###

ReadWriteLock 只支持 读锁和写锁两种模式，但是 StampedLock 提供了三种模式，分别是：**写锁、悲观读锁**和**乐观读**。其中，写锁、悲观读锁的语义和 ReadWriteLock 的写锁、读锁的语义完全一样，允许多个线程同时获取悲观读锁，但是只允许一个线程获取写锁，写锁和悲观读锁是互斥的。

不同的是：StampedLock 里的写锁和悲观读锁加锁成功之后，都会返回一个 stamp；然后解锁的时候，需要传入这个 stamp。相关的示例代码如下。

final StampedLock sl = 
      new StampedLock();
      
    // 获取/释放悲观读锁示意代码
    long stamp = sl.readLock();
    try { 
      //省略业务相关代码
    } finally { 
      sl.unlockRead(stamp);
    }
    
    // 获取/释放写锁示意代码
    long stamp = sl.writeLock();
    try { 
      //省略业务相关代码
    } finally { 
      sl.unlockWrite(stamp);
    }

> 那么性能好的主要原因就是：乐观读！特点：`无锁操作`。并且`允许一个线程获取写锁，也就是说不是所有的写操作都被阻塞。`

看下面这段示例代码：

class Point { 
      private int x, y;
      final StampedLock sl = 
        new StampedLock();
      //计算到原点的距离 
      int distanceFromOrigin() { 
        // 乐观读
        long stamp = 
          sl.tryOptimisticRead();
        // 读入局部变量，
        // 读的过程数据可能被修改
        int curX = x, curY = y;
        //判断执行读操作期间，
        //是否存在写操作，如果存在，
        //则sl.validate返回false
        if (!sl.validate(stamp)){ 
          // 升级为悲观读锁
          stamp = sl.readLock();
          try { 
            curX = x;
            curY = y;
          } finally { 
            //释放悲观读锁
            sl.unlockRead(stamp);
          }
        }
        return Math.sqrt(
          curX * curX + curY * curY);
      }
    }

需要注意的一点是：如果执行乐观读操作的期间，存在写操作，会把**乐观读升级为悲观读锁**。这个做法挺合理的，否则你就需要在一个循环里反复执行乐观读，直到执行乐观读操作的期间没有写操作（只有这样才能保证 x 和 y 的正确性和一致性），而循环读会浪费大量的 CPU。升级为悲观读锁，代码简练且不易出错，**建议你在具体实践时也采用这样的方法**。

### 乐观读的实现与数据库的乐观锁非常相似 ###

极客上讲述了一种很很很容易理解的方式，具体可自行购买查看。

**对数据加上一个版本号，查询的时候把 version 字段查出来，更新的时候要利用 version 字段做验证，即可判断是否有人修改过，很妙！**

[MYSQL 乐观锁及其原理][MYSQL]

### StampedLock的使用注意事项 ###

*  不支持重入
 *  StampedLock 的悲观读锁、写锁都不支持条件变量（不能与条件变量一起配合使用）
 *  使用 StampedLock 一定不要调用中断操作，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()。否则会导致**CPU疯狂飙升**。`原因：内部实现里while循环里面对中断的处理有点问题`

### StampedLock 的使用模板，建议在以后的使用中直接套用或参考 ###

StampedLock 读模板：

final StampedLock sl = 
      new StampedLock();
      
    // 乐观读
    long stamp = 
      sl.tryOptimisticRead();
    // 读入方法局部变量
    ......
    // 校验stamp
    if (!sl.validate(stamp)){ 
      // 升级为悲观读锁
      stamp = sl.readLock();
      try { 
        // 读入方法局部变量
        .....
      } finally { 
        //释放悲观读锁
        sl.unlockRead(stamp);
      }
    }
    //使用方法局部变量执行业务操作
    ......

StampedLock 写模板：

long stamp = sl.writeLock();
    try { 
      // 写共享变量
      ......
    } finally { 
      sl.unlockWrite(stamp);
    }

[MYSQL]: https://blog.csdn.net/liushengxi_root/article/details/88571496