Java 8新特性探究(十)StampedLock將是解決同步問題的新寵

Java8就像一個寶藏,一個小的API改進,也足與寫一篇文章,比如同步,一直是多線程併發編程的一個老話題,相信沒有人喜歡同步的代碼,這會降低應用的吞吐量等性能指標,最壞的時候會掛起死機,但是即使這樣你也沒得選擇,因為要保證信息的正確性。所以本文決定將從synchronized、Lock到Java8新增的StampedLock進行對比分析,相信StampedLock不會讓大家失望。

synchronized

在java5之前,實現同步主要是使用synchronized。它是Java語言的關鍵字,當它用來修飾一個方法或者一個代碼塊的時候,能夠保證在同一時刻最多隻有一個線程執行該段代碼。

有四種不同的同步塊:

  1. 實例方法
  2. 靜態方法
  3. 實例方法中的同步塊
  4. 靜態方法中的同步塊

大家對此應該不陌生,所以不多講了,以下是代碼示例

Java 8新特性探究(十)StampedLock將是解決同步問題的新寵

小結:在多線程併發編程中Synchronized一直是元老級角色,很多人都會稱呼它為重量級鎖,但是隨著Java SE1.6對Synchronized進行了各種優化之後,性能上也有所提升。

Lock

它是Java 5在java.util.concurrent.locks新增的一個API。

Lock是一個接口,核心方法是lock(),unlock(),tryLock(),實現類有ReentrantLock, ReentrantReadWriteLock.ReadLock, ReentrantReadWriteLock.WriteLock;

ReentrantReadWriteLock, ReentrantLock 和synchronized鎖都有相同的內存語義。

與synchronized不同的是,Lock完全用Java寫成,在java這個層面是無關JVM實現的。Lock提供更靈活的鎖機制,很多synchronized 沒有提供的許多特性,比如鎖投票,定時鎖等候和中斷鎖等候,但因為lock是通過代碼實現的,要保證鎖定一定會被釋放,就必須將unLock()放到finally{}中

下面是Lock的一個代碼示例

Java 8新特性探究(十)StampedLock將是解決同步問題的新寵

小結:比synchronized更靈活、更具可伸縮性的鎖定機制,但不管怎麼說還是synchronized代碼要更容易書寫些

StampedLock

它是java8在java.util.concurrent.locks新增的一個API。

ReentrantReadWriteLock 在沒有任何讀寫鎖時,才可以取得寫入鎖,這可用於實現了悲觀讀取(Pessimistic Reading),即如果執行中進行讀取時,經常可能有另一執行要寫入的需求,為了保持同步,ReentrantReadWriteLock 的讀取鎖定就可派上用場。

然而,如果讀取執行情況很多,寫入很少的情況下,使用 ReentrantReadWriteLock 可能會使寫入線程遭遇飢餓(Starvation)問題,也就是寫入線程吃吃無法競爭到鎖定而一直處於等待狀態。

StampedLock控制鎖有三種模式(寫,讀,樂觀讀),一個StampedLock狀態是由版本和模式兩個部分組成,鎖獲取方法返回一個數字作為票據stamp,它用相應的鎖狀態表示並控制訪問,數字0表示沒有寫鎖被授權訪問。在讀鎖上分為悲觀鎖和樂觀鎖。

所謂的樂觀讀模式,也就是若讀的操作很多,寫的操作很少的情況下,你可以樂觀地認為,寫入與讀取同時發生幾率很少,因此不悲觀地使用完全的讀取鎖定,程序可以查看讀取資料之後,是否遭到寫入執行的變更,再採取後續的措施(重新讀取變更信息,或者拋出異常) ,這一個小小改進,可大幅度提高程序的吞吐量!!

下面是java doc提供的StampedLock一個例子

Java 8新特性探究(十)StampedLock將是解決同步問題的新寵

小結:

StampedLock要比ReentrantReadWriteLock更加廉價,也就是消耗比較小。

StampedLock與ReadWriteLock性能對比

下圖是和ReadWritLock相比,在一個線程情況下,是讀速度其4倍左右,寫是1倍。

Java 8新特性探究(十)StampedLock將是解決同步問題的新寵

下圖是六個線程情況下,讀性能是其幾十倍,寫性能也是近10倍左右:

Java 8新特性探究(十)StampedLock將是解決同步問題的新寵

下圖是吞吐量提高:

Java 8新特性探究(十)StampedLock將是解決同步問題的新寵

總結

1、synchronized是在JVM層面上實現的,不但可以通過一些監控工具監控synchronized的鎖定,而且在代碼執行時出現異常,JVM會自動釋放鎖定;

2、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock,、StampedLock都是對象層面的鎖定,要保證鎖定一定會被釋放,就必須將unLock()放到finally{}中;

3、StampedLock 對吞吐量有巨大的改進,特別是在讀線程越來越多的場景下;

4、StampedLock有一個複雜的API,對於加鎖操作,很容易誤用其他方法;

5、當只有少量競爭者的時候,synchronized是一個很好的通用的鎖實現;

6、當線程增長能夠預估,ReentrantLock是一個很好的通用的鎖實現;

Java 8新特性探究(十)StampedLock將是解決同步問題的新寵


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