java8新特性回顾（五）---并发增强之stampedLock

锁分离思想和饥饿现象:

ReentrantReadWriteLock 在沒有任何读写锁时，才可以取得写入锁，这可用于实现了悲观读取（Pessimistic
Reading），即如果执行中进行读取时，经常可能有另一执行要写入的需求，为了保持同步，ReentrantReadWriteLock 的读取锁定就可派上用场。

然而，如果读取执行情况很多，写入很少的情况下，使用
ReentrantReadWriteLock 可能会使写入线程遭遇饥饿（Starvation）问题，也就是写入线程迟迟无法竞争到锁定而一直处于等待状态。

java8中引入stampedLock来改进读写锁的写饥饿现象，它的思想是读写锁中读不仅不阻塞读，同时也不应该阻塞写。

读不阻塞写：在读的时候如果发生了写，则应当重读而不是在读的时候直接阻塞写。即读写之间不会阻塞对方，当然写与写之间仍然要阻塞。

StampedLock控制锁有三种模式（写，读，乐观读），一个StampedLock状态是由版本和模式两个部分组成，锁获取方法返回一个数字作为票据stamp，它用相应的锁状态表示并控制访问，数字0表示没有写锁被授权访问。在读锁上分为悲观锁和乐观锁。

StampedLock的实现思想

在StampedLock中使用了CLH自旋锁，如果发生了读失败，不立刻把读线程挂起，锁当中维护了一个等待线程队列。

所有申请锁但是没有成功的线程都会记录到这个队列中，每一个节点（一个节点表示一个线程）保存一个标记位（locked），

用于判断当前线程是否已经释放锁。当一个未标记到队列中的线程试图获得锁时，会取得当前等待队列尾部的节点作为其前序节点，

并使用类似如下代码（一个空的死循环）判断前序节点是否已经成功的释放了锁：

while(pred.locked){ }

解释：pred表示当前试图获取锁的线程的前序节点，如果前序节点没有释放锁，则当前线程就执行该空循环并不断判断前序节点的锁释放，

即类似一个自旋锁的效果，避免被系统挂起。当循环一定次数后，前序节点还没有释放锁，则当前线程就被挂起而不再自旋，

因为空的死循环执行太多次比挂起更消耗资源。

java doc给出下列一个例子：

public class
Point {

//一个点的x，y坐标

private double
x,y;

/**Stamped类似一个时间戳的作用，每次写的时候对其+1来改变被操作对象的Stamped值

* 这样其它线程读的时候发现目标对象的Stamped改变，则执行重读*/

private final
StampedLock stampedLock = new
StampedLock();

// an exclusively locked method

void move(doubledeltaX,doubledeltaY)
{

/**stampedLock调用writeLock和unlockWrite时候都会导致stampedLock的stamp值的变化

* 即每次+1，直到加到最大值，然后从0重新开始 */

longstamp =stampedLock.writeLock(); //写锁

try {

x +=deltaX;

y +=deltaY;

} finally {

stampedLock.unlockWrite(stamp);//释放写锁

}

}

double distanceFromOrigin()
{ // A read-only method

/**tryOptimisticRead是一个乐观的读，使用这种锁的读不阻塞写

* 每次读的时候得到一个当前的stamp值（类似时间戳的作用）*/

longstamp =stampedLock.tryOptimisticRead();

//这里就是读操作，读取x和y，因为读取x时，y可能被写了新的值，所以下面需要判断

double currentX =x,
currentY =y;

/**如果读取的时候发生了写，则stampedLock的stamp属性值会变化，此时需要重读，

* 再重读的时候需要加读锁（并且重读时使用的应当是悲观的读锁，即阻塞写的读锁）

* 当然重读的时候还可以使用tryOptimisticRead，此时需要结合循环了，即类似CAS方式

* 读锁又重新返回一个stampe值*/

if (!stampedLock.validate(stamp))
{

stamp =stampedLock.readLock(); //读锁

try {

currentX =x;

currentY =y;

}finally{

stampedLock.unlockRead(stamp);//释放读锁

}

}

//读锁验证成功后才执行计算，即读的时候没有发生写

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

}

}

小结：
StampedLock要比ReentrantReadWriteLock更加廉价，也就是消耗比较小。

StampedLock与ReadWriteLock性能对比

下图是和ReadWritLock相比，在一个线程情况下，是读速度其4倍左右，写是1倍。



下图是六个线程情况下，读性能是其几十倍，写性能也是近10倍左右：



下图是吞吐量提高：

总结

1、synchronized是在JVM层面上实现的，不但可以通过一些监控工具监控synchronized的锁定，而且在代码执行时出现异常，JVM会自动释放锁定；
2、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock,、StampedLock都是对象层面的锁定，要保证锁定一定会被释放，就必须将unLock()放到finally{}中；
3、StampedLock 对吞吐量有巨大的改进，特别是在读线程越来越多的场景下；
4、StampedLock有一个复杂的API，对于加锁操作，很容易误用其他方法;
5、当只有少量竞争者的时候，synchronized是一个很好的通用的锁实现;
6、当线程增长能够预估，ReentrantLock是一个很好的通用的锁实现;
StampedLock 可以说是Lock的一个很好的补充，吞吐量以及性能上的提升足以打动很多人了，但并不是说要替代之前Lock的东西，毕竟他还是有些应用场景的，起码API比StampedLock容易入手。