什麼是讀寫鎖
讀寫鎖：允許多個線程同時讀，但是隻允許一個線程寫，在線程獲取到寫鎖的時候，其他寫操作和讀操作都會處於阻塞狀態，讀鎖和寫鎖也是互斥的，所以在讀的時候是不允許寫的，那如何實現一個讀寫鎖呢？
讀寫鎖比傳統的synchronized速度要快很多，原因就是在於讀寫鎖支持讀併發，而synchronized要求所有操作都是串行化，舉個例子，我需要查詢某個用戶的基本信息，這些信息很少發生變化，所以我們會將這部分信息存放到緩存中，我們的查詢操作為：
按照上面流程圖，如果使用synchronized的時候，查詢緩存都會阻塞，但是使用讀寫鎖，查詢緩存時併發的，查詢數據庫是阻塞的，所以，讀寫鎖在讀多寫少的情況下，性能明顯要優於synchronized。
人類的文明在進步，java也在進步，對知識的渴望也在不斷的增加，所以我們就不斷的在想這麼一個問題，讀寫鎖的讀和寫是互斥，那我們能不能做到讀和寫支持併發呢？
StampedLock橫空出世
StampedLock其實是對讀寫鎖的一種改進，它支持在讀同時進行一個寫操作,也就是說，它的性能將會比讀寫鎖更快。
更通俗的講就是在讀鎖沒有釋放的時候是可以獲取到一個寫鎖，獲取到寫鎖之後，讀鎖阻塞，這一點和讀寫鎖一致，唯一的區別在於讀寫鎖不支持在沒有釋放讀鎖的時候獲取寫鎖。
StampedLock三種模式
- 悲觀讀：與讀寫鎖的讀寫類似，允許多個線程獲取悲觀讀鎖
- 寫鎖：與讀寫鎖的寫鎖類似，寫鎖和悲觀讀是互斥的。
- 樂觀讀：無鎖機制，類似於數據庫中的樂觀鎖，它支持在不是放寫鎖的時候是可以獲取到一個寫鎖的，這點和讀寫鎖不同。
基本語法
我們先來看看悲觀讀於與寫鎖的基本語法
<code>//獲取悲觀讀
long stamp = lock.readLock();
try{
String info = mapCache.get(name);
if(null != info){
return info;
}
}finally {
//釋放悲觀讀
lock.unlock(stamp);
}
//獲取寫鎖
stamp = lock.writeLock();
try{
//判斷一下緩存中是否被插入了數據
String info = mapCache.get(name);
if(null != info){
return info;
}
//這裡是往數據庫獲取數據
String infoByDb = mapDb.get(name);
//將數據插入緩存
mapCache.put(name,infoByDb);
}finally {
//釋放寫鎖
lock.unlock(stamp);
}
/<code>
我們看到，StampedLock語法和讀寫鎖ReentrantReadWriteLock有了一點點區別，
獲取鎖的返回值：
StampedLock：long
ReentrantReadWriteLock：Lock
釋放鎖的方式：
StampedLock：unlock(stamp),需要傳入獲取鎖返回的那個long值。
ReentrantReadWriteLock：unlock(),直接調用unlock方法即可。
StampedLock完整的demo
<code>package com.ymy.test;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;
public class StampedLockTest {
private static final StampedLock lock = new StampedLock();
//緩存中存儲的數據
private static Map<string> mapCache = new HashMap<string>();
//模擬數據庫存儲的數據
private static Map<string> mapDb = new HashMap<string>();
static {
mapDb.put("zhangsan","你好，我是張三");
mapDb.put("sili","你好，我是李四");
}
private static String getInfo(String name){
//獲取悲觀讀
long stamp = lock.readLock();
try{
String info = mapCache.get(name);
if(null != info){
System.out.println("在緩存中獲取到了數據");
return info;
}
}finally {
//釋放悲觀讀
lock.unlock(stamp);
}
//獲取寫鎖
stamp = lock.writeLock();
try{
//判斷一下緩存中是否被插入了數據
String info = mapCache.get(name);
if(null != info){
System.out.println("獲取到了寫鎖，再次確認在緩存中獲取到了數據");
return info;
}
//這裡是往數據庫獲取數據
String infoByDb = mapDb.get(name);
//講數據插入緩存
mapCache.put(name,infoByDb);
System.out.println("緩存中沒有數據，在數據庫獲取到了數據");
}finally {
//釋放寫鎖
lock.unlock(stamp);
}
return null;
}
public static void main(String[] args) {
//線程1
Thread t1 = new Thread(() ->{
getInfo("zhangsan");
});
//線程2
Thread t2 = new Thread(() ->{
getInfo("zhangsan");
});
//線程啟動
t1.start();
t2.start();
//線程同步
try {
t1.join();
t2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/<string>/<string>/<string>/<string>/<code>
這是悲觀讀+寫鎖的使用方式，達到的效果與讀寫鎖（ReentrantReadWriteLock） 是一樣的，我們一起來驗證一下，我將代碼稍微做了一點改動，打印了兩個線程的執行日誌，同時當調用線程是zhangsan的時候休眠三秒，目的是為了看lisi的線程能否成功的獲取到寫鎖，代碼如下
<code>package com.ymy.test;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;
import java.util.logging.Logger;
public class StampedLockTest {
private static Logger log = Logger.getLogger(StampedLockTest.class.getName());
private static final StampedLock lock = new StampedLock();
//緩存中存儲的數據
private static Map<string> mapCache = new HashMap<string>();
//模擬數據庫存儲的數據
private static Map<string> mapDb = new HashMap<string>();
static {
mapDb.put("zhangsan","你好，我是張三");
mapDb.put("sili","你好，我是李四");
}
private static String getInfo(String name){
//獲取悲觀讀
long stamp = lock.readLock();
log.info("線程名："+Thread.currentThread().getName()+" 獲取了悲觀讀鎖" +" 用戶名："+name);
try{
if("zhangsan".equals(name)){
log.info("線程名："+Thread.currentThread().getName()+" 休眠中" +" 用戶名："+name);
Thread.sleep(3000);
log.info("線程名："+Thread.currentThread().getName()+" 休眠結束" +" 用戶名："+name);
}
String info = mapCache.get(name);
if(null != info){
log.info("在緩存中獲取到了數據");
return info;
}
} catch (InterruptedException e) {
log.info("線程名："+Thread.currentThread().getName()+" 釋放了悲觀讀鎖");
e.printStackTrace();
} finally {
//釋放悲觀讀
lock.unlock(stamp);
}
//獲取寫鎖
stamp = lock.writeLock();
log.info("線程名："+Thread.currentThread().getName()+" 獲取了寫鎖" +" 用戶名："+name);
try{
//判斷一下緩存中是否被插入了數據
String info = mapCache.get(name);
if(null != info){
log.info("獲取到了寫鎖，再次確認在緩存中獲取到了數據");
return info;
}
//這裡是往數據庫獲取數據
String infoByDb = mapDb.get(name);
//講數據插入緩存
mapCache.put(name,infoByDb);
log.info("緩存中沒有數據，在數據庫獲取到了數據");
}finally {
//釋放寫鎖
log.info("線程名："+Thread.currentThread().getName()+" 釋放了寫鎖" +" 用戶名："+name);
lock.unlock(stamp);
}
return null;
}
public static void main(String[] args) {
//線程1
Thread t1 = new Thread(() ->{
getInfo("zhangsan");
});
//線程2
Thread t2 = new Thread(() ->{
getInfo("lisi");
});
//線程啟動
t1.start();
t2.start();
//線程同步
try {
t1.join();
t2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}/<string>/<string>/<string>/<string>/<code>
如果在zhansan的線程休眠階段李四的線程獲取到了寫鎖，那麼代表悲觀讀和寫鎖不是互斥的，反之互斥，請看代碼運行結果：
<code>三月 29, 2020 11:30:58 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 線程名：Thread-2 獲取了悲觀讀鎖 用戶名：lisi
三月 29, 2020 11:30:58 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 線程名：Thread-1 獲取了悲觀讀鎖 用戶名：zhangsan
三月 29, 2020 11:30:58 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 線程名：Thread-1 休眠中 用戶名：zhangsan
三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 線程名：Thread-1 休眠結束 用戶名：zhangsan
三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 線程名：Thread-1 獲取了寫鎖 用戶名：zhangsan
三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 緩存中沒有數據，在數據庫獲取到了數據
三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 線程名：Thread-1 釋放了寫鎖 用戶名：zhangsan
三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 線程名：Thread-2 獲取了寫鎖 用戶名：lisi
三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 緩存中沒有數據，在數據庫獲取到了數據
三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 線程名：Thread-2 釋放了寫鎖 用戶名：lisi/<code>
我們仔細看打印日誌的輸出時間， 11:30:58 lisi和zhangsan都獲取到了悲觀讀鎖，並且zhangsan開始休眠，然後11:31:01的時候休眠結束，zhangsan獲取到了寫鎖，所以悲觀讀與寫鎖肯定是互斥的，那這樣的效率不是和讀寫鎖一樣嗎？為什麼說它比讀寫鎖更快呢？這不是矛盾嗎？
客官，別急啊，要記住精彩的永遠在最後，StampedLock特鎖模式我們只用了其中的兩個，還有一個沒有出場呢，下面我們來看看樂觀讀。
讓StampedLock性能更上一樓的樂觀讀
樂觀讀並不是一種鎖，所以請不要和悲觀讀聯繫在一起，它是一種無鎖機制，相當於java的原子類操作，所以理論上性能會比讀寫鎖（ReentrantReadWriteLock）更快一點，但不絕對。
當樂觀讀讀取了成員變量的時候，需要將變量賦值給局部變量，然後再判斷程序運行期間是否存在寫鎖，如果存在，升級為悲觀讀。
我們一起來看一下樂觀讀的實現
<code>package com.ymy.test;
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;
public class NumSumTest {
private static final StampedLock lock = new StampedLock();
private static int num1 = 1;
private static int num2 = 1;
/**
* 修改成員變量的值，+1
*
* @return
*/
private static int sum() {
System.out.println("求和方法被執行了");
//獲取樂觀讀
long stamp = lock.tryOptimisticRead();
int cnum1 = num1;
int cnum2 = num2;
System.out.println("獲取到的成員變量值,cnum1：" + cnum1 + " cnum2：" + cnum2);
try {
//休眠3秒，目的是為了讓其他線程修改掉成員變量的值。
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//判斷在運行期間是否存在寫操作 true：不存在 false:存在
if (!lock.validate(stamp)) {
System.out.println("存在寫操作！");
//存在寫鎖
//升級悲觀讀鎖
stamp = lock.readLock();
try {
System.out.println("升級悲觀讀鎖");
cnum1 = num1;
cnum2 = num2;
System.out.println("重新獲取了成員變量的值=========== cnum1="+cnum1 +" cnum2="+cnum2);
} finally {
//釋放悲觀讀鎖
lock.unlock(stamp);
}
}
return cnum1 + cnum2;
}
//使用寫鎖修改成員變量的值
private static void updateNum() {
long stamp = lock.writeLock();
try {
num1 = 2;
num2 = 2;
} finally {
lock.unlock(stamp);
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
int sum = sum();
System.out.println("求和結果：" + sum);
});
t1.start();
//休眠1秒，目的為了讓線程t1能執行到獲取成員變量之後
Thread.sleep(1000);
updateNum();
t1.join();
System.out.println("執行完畢");
}
}
/<code>
解釋代碼，定義了兩個成員變量，讓後利用t1線程去計算兩個成員變量的和，為了能體現出樂觀讀的效果，我在sum()中休眠了3秒，目的是讓main主線程去修改掉成員變量的值，main函數中的休眠是為了讓t1線程能準確地執行到讀取成員變量階段。
我們來看看執行的結果：
<code>求和方法被執行了
獲取到的成員變量值,cnum1：1 cnum2：1
存在寫操作！
升級悲觀讀鎖
重新獲取了成員變量的值=========== cnum1=2 cnum2=2
求和結果：4
執行完畢/<code>
我們發現，t1首先讀取了兩個成員變量的值，然後發現了存在寫操作，那是因為main函數利用寫鎖修改了兩個成員變量的值，這個時候升級為了悲觀讀，再次獲取成員變量的值，然後再計算兩個值的和，為什麼要升級悲觀讀鎖呢？因為再文章開頭的時候說過悲觀讀鎖與寫鎖互斥，悲觀讀鎖之前並行，所以樂觀讀升級到悲觀讀鎖之後再獲取一次成員變量，可以保證再當前悲觀讀鎖中數據是線程安全的。
你瞭解樂觀讀的應用場景嗎
樂觀讀並不是StampedLock的專利，有很多地方都使用到了樂觀讀，比如數據庫的樂觀鎖悲觀鎖，java併發工具的原子類工具。
數據庫悲觀鎖與樂觀鎖可以參考：mysql：悲觀鎖與樂觀鎖
java 併發工具原子類參考：java併發編程：CAS(Compare and Swap)
使用StampedLock的注意事項
- StampedLock屬於ReadWriteLock的子類，ReentrantReadWriteLock也是屬於ReadWriteLock的子類，你們發現他們的區別了嗎？看名字就能看出來StampedLock不支持重入鎖。
- 它適用於讀多寫少的情況，如果不是這中情況，請慎用，性能可能還不如synchronized。
- StampedLock的悲觀讀鎖、寫鎖不支持條件變量。
- 千萬不能中斷阻塞的悲觀讀鎖或寫鎖，如果調用阻塞線程的interrupt()，會導致cpu飆升，如果希望StampedLock支持中斷操作，請使用readLockInterruptibly（悲觀讀鎖）與writeLockInterruptibly（寫鎖）。
總結
在讀多寫少的情況下推薦使用StampedLock，因為它的樂觀讀，性能比讀寫鎖提升了很多，但是再其他應用場景中，使用它還需要慎重。
樂觀讀支持併發一個寫鎖，而悲觀讀和寫鎖互斥，所以在使用過程中，我們可以先使用樂觀讀。然後判斷是否存在寫鎖，如果存在，可以升級悲觀讀鎖，由於悲觀讀鎖和寫鎖的互斥性，他能保證線程的安全性問題，如果小明再平時的時候多看看我的博客的話，可能就不會被這個問題難住了。
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