浅谈Java中的 ReadWriteLock 与 StampedLock

认识 ReadWriteLock (读写锁) ✨

上篇文章学习了 ReentrantLock(可重入锁) 保证了单个线程可执行代码，在任何时刻，仅允许单个线程修改数据。但很多项目实际场景，需要多个线程同时读某个数据，且仅有一个线程在写数据，其他线程就必须等待。

使用 ReadWriteLock 就可解决这个问题

• 只允许一个线程写入（其他线程既不能写入也不能读取）；
• 没有写入时，多个线程允许同时读（提高性能）

读写锁示例

public class Counter {
    private final ReadWriteLock rwlock = new ReentrantReadWriteLock(); // 创建读写锁对象 
    private final Lock rlock = rwlock.readLock();     // 读锁
    private final Lock wlock = rwlock.writeLock();    // 写锁
    private int[] counts = new int[10];

    public void inc(int index) {
        wlock.lock(); // 加写锁
        try {
            counts[index] += 1;
        } finally {
            wlock.unlock(); // 释放写锁
        }
    }

    public int[] get() {
        rlock.lock(); // 加读锁
        try {
            return Arrays.copyOf(counts, counts.length);
        } finally {
            rlock.unlock(); // 释放读锁
        }
    }
}

读写操作分别用 读锁 和 写锁 来同步，多个线程可以同时获得读锁，就大大提高了并发读的效率。

使用ReadWriteLock时，适用场景是同一个数据，有大量线程读取，但仅有少数线程修改它。

举例一个场景，回复论坛帖子，回复操作可以看做写操作，是不频繁的，但浏览可以看做读操作，是非常频繁的，此种场景就可使用 ReadWriteLock。

认识 StampedLock(新读写锁) ✨

ReadWriteLock （读写锁）可以解决多线程同时读取，但仅一个线程能写入的问题。

有个潜在问题：如果有线程正在读，写线程需要等读线程释放锁后才能获取到写锁，即读的过程中是不允许写，是一种悲观的读锁。

在Java8 中，引入了一种新读写锁: StampedLock

StampedLock 与 ReadWriteLock 相比，读的过程中也允许获取到写锁来写数据，这样就可能会导致读的数据不一致，因此需要额外判断读的过程中是否有写入，这是一种乐观锁。

乐观锁的意思就是乐观地估计读的过程中大概率不会有写入，因此被称为乐观锁。

悲观锁则是读的过程中拒绝有写入，也就是写入必须等待。

显然乐观锁的并发效率更高。

public class Point {
    private final StampedLock stampedLock = new StampedLock();

    private double x;
    private double y;

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

    public double distanceFromOrigin() {
        long stamp = stampedLock.tryOptimisticRead(); // 获得一个乐观读锁
        // 注意下面两行代码不是原子操作
        // 假设x,y = (100,200)
        double currentX = x;
        // 此处已读取到x=100，但x,y可能被写线程修改为(300,400)
        double currentY = y;
        // 此处已读取到y，如果没有写入，读取是正确的(100,200)
        // 如果有写入，读取是错误的(100,400)
        if (!stampedLock.validate(stamp)) { // 检查乐观读锁后是否有其他写锁发生
            stamp = stampedLock.readLock(); // 获取一个悲观读锁
            try {
                currentX = x;
                currentY = y;
            } finally {
                stampedLock.unlockRead(stamp); // 释放悲观读锁
            }
        }
        return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
    }
}

与 ReadWriteLock 相比，写入时加锁是完全一样的，不同的是读取操作。

先通过 tryOptimisticRead() 获取一个乐观读锁，返回版本号。随后进行读取，读取完成，通过 validate() 去验证版本号；

可见，StampedLock 把读锁细分为乐观读和悲观读，能进一步提升并发效率。当然这也有代价的：代码更加复杂，StampedLock 是不可重入锁，不能在单个线程中反复获取同一个锁。

StampedLock 提供了将悲观读锁升级为写锁的功能，它主要使用在if-then-update的场景：即先读，如果读的数据满足条件，就返回，如果读的数据不满足条件，再尝试写。

总结

ReadWriteLock 小结

使用 ReadWriteLock 可以提高读取效率：

• ReadWriteLock只允许一个线程写入
• ReadWriteLock允许多个线程在没有写入时同时读取
• ReadWriteLock适合读多写少的场景

StampedLock 小结

• StampedLock 提供了乐观读锁，可取代 ReadWriteLock 进一步提升并发性能
• StampedLock 是不可重入锁