【java并发工具类-互斥】 StampedLock（比读写锁性能更高的锁）

2. StampedLock

2.1 StampedLock支持的三种锁模式

这三种模式分别是：写锁，悲观读锁，乐观读。

• 其中，它的写锁，悲观读锁和ReadWriteLock的写锁，读锁语义类似：都是允许多个线程同时获得悲观读锁，只允许一个线程获得写锁，同时写锁和读锁是互斥的。不同的是：StampedLock里写锁，悲观读锁在加锁成功后，都会返回一个stamp;然后解锁时，都需要传入这个stamp。相关代码如下：

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

long stamp = sl.writeLock();// 获取/释放写锁示意代码
try {
  //省略业务相关代码
} finally {
  sl.unlockWrite(stamp);
}

• 乐观读：StampedLock之所以比ReadWriteLock性能好，关键就是StampedLock支持乐观读（乐观读操作是无锁的）！
  ReadWriteLock支持多个线程读，但是当多个线程读时，所有的写线程都被阻塞，而StampedLock提供的乐观读，当多个线程在读时，允许一个线程获得写锁！

2.2 StampedLock乐观读原理

下面这段代码是出自 Java SDK 官方示例，并略做了修改。

class Point {
  private int x, y;
  final StampedLock sl = new StampedLock();
  int distanceFromOrigin() { //计算到原点的距离  
    // 乐观读
    long stamp = sl.tryOptimisticRead();  
    int curX = x, curY = y; // 读入局部变量， 读的过程数据可能被修改
    //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);
  }
}

上面的代码中，如果执行乐观读期间存在写操作，会把乐观读升级为悲观读锁，否则需要一个循环反复执行乐观读，直到期间没有写操作，循环会浪费cpu资源，所以升级为悲观读锁，合情合理！

注意：在上面代码中validate校验期间没有写操作，但是如果在执行Math.sqrt之前，校验之后，进行写操作，还是不能及时判断数据的同步，只能保证正确性和一致性。这是我有点不明白的地方，如果有哪位老师明白的，希望可以写在评论区留言。

其实在提到乐观读，你可能会想到数据库事务MVCC(多版本并发控制)，其实两者有点相似，按照MVCC原理，数据的每次修改都对应一个版本号，不存在只修改数据或者版本号。
在数据库事务开启的时候，会给数据库打一个快照，以后再该事务中所有的读写操作都是基于这个快照的，当提交事务的时候，也就时写入数据库数据时，会校验写入数据版本是否与读数据时的版本号一致，如果一致，就是所有读写过的数据在该事务执行期间没有发生变化，就提交数据，如果不一致，发生变化了，说明在该事务执行期间，其他事务提交了，产生冲突，不能提交。

乐观读的想法是，没事，没有写操作，校验一下是否存在写操作，没有，操作数据；有，升级悲观锁。
MVCC的想法是，没事，没有写操作，复制一份，先修改复制的，在写入数据库时，（检验版本看是否存在其他写操作，有，不能提交事务，没有，提交事务。）原子操作

2.3 StampedLock注意事项

对于读多写少的场景 StampedLock 性能很好，简单的应用场景基本上可以替代 ReadWriteLock，但是 StampedLock 的功能仅仅是 ReadWriteLock 的子集，在使用的时候，还是有几个地方需要注意一下。

1. StampedLock 在命名上并没有增加 Reentrant，所以，StampedLock 不支持重入。
2. 另外，StampedLock 的悲观读锁、写锁都不支持条件变量，这个也需要你注意。
3. 如果线程阻塞在 StampedLock 的 readLock() 或者 writeLock() 上时，此时调用该阻塞线程的 interrupt() 方法，会导致 CPU 飙升。所以，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()。这个规则一定要记清楚。
   例如下面的代码示例（中断阻塞的readLock导致cpu飙升）：

final StampedLock lock = new StampedLock();
Thread T1 = new Thread(()->{
  // 获取写锁
  lock.writeLock();
  LockSupport.park(); // 永远阻塞在此处，不释放写锁
});
T1.start();
// 保证T1获取写锁
Thread.sleep(100);
Thread T2 = new Thread(()->
  lock.readLock()  //阻塞在悲观读锁
);
T2.start();
Thread.sleep(100);// 保证T2阻塞在读锁
T2.interrupt();//中断线程T2//会导致线程T2所在CPU飙升
T2.join();

2.4 标准StampedLock 读写模板

建议你在实际工作中尽量按照下面的模板来使用 StampedLock。

• 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);
}

参考：极客时间
更多：邓新