【用 StampedLock 实现高效读写锁】

news2025/1/15 23:50:23

深入理解 `StampedLock`

1. 它是什么？

StampedLock 是 Java 8 引入的高性能锁，提供了三种锁模式：写锁、悲观读锁和乐观读锁。
与传统的 ReentrantReadWriteLock 相比，StampedLock 更注重性能，特别适合读多写少的场景。

写锁：阻塞所有其他操作（类似独占锁）。
悲观读锁：共享锁，允许多个线程读取，但会阻塞写操作。
乐观读锁：一种非阻塞读操作，允许并发写操作，并在必要时验证数据一致性。

2. 它的使用场景是什么？

读多写少的场景：如缓存、配置数据读取等场景，StampedLock 的乐观读锁可以显著提高性能。
需要快速读锁验证的场景：在乐观读的情况下，可以验证数据的一致性并在必要时降级为悲观读锁。
写锁需要优先处理的场景：避免传统读写锁中写线程因读操作而长期饥饿的问题。

3. 它有哪些 API？

核心 API

方法名称	描述
`writeLock()`	获取写锁，返回一个 stamp（锁标识）。
`readLock()`	获取悲观读锁，返回一个 stamp（锁标识）。
`tryOptimisticRead()`	获取乐观读锁，返回一个 stamp，非阻塞，适合快速读取。
`unlockWrite(long stamp)`	释放写锁，需要传入获取锁时返回的 stamp。
`unlockRead(long stamp)`	释放悲观读锁，需要传入获取锁时返回的 stamp。
`validate(long stamp)`	验证乐观读锁期间是否有写操作发生，返回 `true` 表示数据未被修改。`false`表示数据已经被修改过

扩展 API

方法名称	描述
`tryWriteLock()`	尝试获取写锁，如果未成功立即返回。
`tryReadLock()`	尝试获取读锁，如果未成功立即返回。
`tryConvertToWriteLock(long stamp)`	尝试将当前锁转换为写锁，成功时返回新 stamp，否则返回 0。
`tryConvertToReadLock(long stamp)`	尝试将当前锁转换为读锁，成功时返回新 stamp，否则返回 0。
`isWriteLocked()`	检查当前锁是否有写锁被占用。
`isReadLocked()`	检查当前锁是否有读锁被占用。

4. 它的使用方式

（1）写锁的使用

public void updateValue(double deltaX, double deltaY) {
    long stamp = lock.writeLock();  // 获取写锁
    try {
        x += deltaX;
        y += deltaY;
    } finally {
        lock.unlockWrite(stamp);  // 释放写锁
    }
}

（2）悲观读锁的使用

public double readValue() {
    long stamp = lock.readLock();  // 获取读锁
    try {
        return Math.sqrt(x * x + y * y);
    } finally {
        lock.unlockRead(stamp);  // 释放读锁
    }
}

（3）乐观读锁的使用

public double readValueOptimistically() {
    long stamp = lock.tryOptimisticRead();  // 获取乐观读锁
    double currentX = x, currentY = y;

    if (!lock.validate(stamp)) {  // 验证数据是否一致
        stamp = lock.readLock();  // 如果不一致，降级为悲观读锁
        try {
            currentX = x;
            currentY = y;
        } finally {
            lock.unlockRead(stamp);  // 释放悲观读锁
        }
    }

    return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
}

（4）锁升级的使用

public void conditionalUpdate(double deltaX, double deltaY) {
    long stamp = lock.readLock();  // 获取悲观读锁
    try {
        if (x == 0 && y == 0) {  // 检查条件
            stamp = lock.tryConvertToWriteLock(stamp);  // 升级为写锁
            if (stamp == 0L) {  // 如果升级失败
                stamp = lock.writeLock();  // 显式获取写锁
            }
            x += deltaX;
            y += deltaY;
        }
    } finally {
        lock.unlock(stamp);  // 释放锁
    }
}