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18 | StampedLock:有没有比读写锁更快的锁?

18 | StampedLock:有没有比读写锁更快的锁?

作者: 逗逼程序员 | 来源:发表于2020-01-09 20:31 被阅读0次

    在上一篇文章中,我们介绍了读写锁,学习完之后你应该已经知道“读写锁允许多个线程同时读共享变量,适用于读多写少的场景”。那在读多写少的场景中,还有没有更快的技术方案呢?还真有,Java 在 1.8 这个版本里,提供了一种叫 StampedLock 的锁,它的性能就比读写锁还要好。

    下面我们就来介绍一下 StampedLock 的使用方法、内部工作原理以及在使用过程中需要注意的事项。

    StampedLock 支持的三种锁模式

    我们先来看看在使用上 StampedLock 和上一篇文章讲的 ReadWriteLock 有哪些区别。

    ReadWriteLock 支持两种模式:一种是读锁,一种是写锁。而 StampedLock 支持三种模式,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、读锁的语义非常类似,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);
    }
    

    StampedLock 的性能之所以比 ReadWriteLock 还要好,其关键是 StampedLock 支持乐观读的方式。ReadWriteLock 支持多个线程同时读,但是当多个线程同时读的时候,所有的写操作会被阻塞;而 StampedLock 提供的乐观读,是允许一个线程获取写锁的,也就是说不是所有的写操作都被阻塞。

    注意这里,我们用的是“乐观读”这个词,而不是“乐观读锁”,是要提醒你,乐观读这个操作是无锁的,所以相比较 ReadWriteLock 的读锁,乐观读的性能更好一些。

    进一步理解乐观读

    如果你曾经用过数据库的乐观锁,可能会发现 StampedLock 的乐观读和数据库的乐观锁有异曲同工之妙。的确是这样的,就拿我个人来说,我是先接触的数据库里的乐观锁,然后才接触的 StampedLock,我就觉得我前期数据库里乐观锁的学习对于后面理解 StampedLock 的乐观读有很大帮助,所以这里有必要再介绍一下数据库里的乐观锁。

    还记得我第一次使用数据库乐观锁的场景是这样的:在 ERP 的生产模块里,会有多个人通过 ERP 系统提供的 UI 同时修改同一条生产订单,那如何保证生产订单数据是并发安全的呢?我采用的方案就是乐观锁。

    乐观锁的实现很简单,在生产订单的表 product_doc 里增加了一个数值型版本号字段 version,每次更新 product_doc 这个表的时候,都将 version 字段加 1。生产订单的 UI 在展示的时候,需要查询数据库,此时将这个 version 字段和其他业务字段一起返回给生产订单 UI。假设用户查询的生产订单的 id=777,那么 SQL 语句类似下面这样:

    
    select id,... ,version
    from product_doc
    where id=777
        
    

    用户在生产订单 UI 执行保存操作的时候,后台利用下面的 SQL 语句更新生产订单,此处我们假设该条生产订单的 version=9。

    
    update product_doc 
    set version=version+1,...
    where id=777 and version=9
        
    

    如果这条 SQL 语句执行成功并且返回的条数等于 1,那么说明从生产订单 UI 执行查询操作到执行保存操作期间,没有其他人修改过这条数据。因为如果这期间其他人修改过这条数据,那么版本号字段一定会大于 9。

    你会发现数据库里的乐观锁,查询的时候需要把 version 字段查出来,更新的时候要利用 version 字段做验证。这个 version 字段就类似于 StampedLock 里面的 stamp。这样对比着看,相信你会更容易理解 StampedLock 里乐观读的用法。

    StampedLock 使用注意事项

    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。

    StampedLock 在命名上并没有增加 Reentrant,想必你已经猜测到 StampedLock 应该是不可重入的。事实上,的确是这样的,StampedLock 不支持重入。这个是在使用中必须要特别注意的。

    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。

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