面试三连

面试官：了解锁吗？

小明：了解，还经常用过。

面试官：说说synchronized和lock的区别吧

小明：synchronized是可重入锁，由于lock是一个接口，重入性取决于实现，synchronized不支持中断，而lock可以。。。。。。。。。。。。。。。。

面试官：好了，那有没有比这两种锁更快的锁呢？

小明：在读多写少的情况下，读写锁比他们的效率更高。

面试官：那有没有比读写锁更快的锁呢？

小明：。。。。。。。。。。

我靠，问的这么深的吗？小明当时就蒙蔽了，因为它项目中使用比较多的就是synchronized，读写锁都很少用到，因为很少牵扯到多线程问题，这个面试让他知道了多线程的重要性。

什么是读写锁

读写锁：允许多个线程同时读，但是只允许一个线程写，在线程获取到写锁的时候，其他写操作和读操作都会处于阻塞状态，读锁和写锁也是互斥的，所以在读的时候是不允许写的，那如何实现一个读写锁呢？

读写锁比传统的synchronized速度要快很多，原因就是在于读写锁支持读并发，而synchronized要求所有操作都是串行化，举个例子，我需要查询某个用户的基本信息，这些信息很少发生变化，所以我们会将这部分信息存放到缓存中，我们的查询操作为：

按照上面流程图，如果使用synchronized的时候，查询缓存都会阻塞，但是使用读写锁，查询缓存时并发的，查询数据库是阻塞的，所以，读写锁在读多写少的情况下，性能明显要优于synchronized。

人类的文明在进步，java也在进步，对知识的渴望也在不断的增加，所以我们就不断的在想这么一个问题，读写锁的读和写是互斥，那我们能不能做到读和写支持并发呢？

StampedLock横空出世

StampedLock其实是对读写锁的一种改进，它支持在读同时进行一个写操作,也就是说，它的性能将会比读写锁更快。

更通俗的讲就是在读锁没有释放的时候是可以获取到一个写锁，获取到写锁之后，读锁阻塞，这一点和读写锁一致，唯一的区别在于读写锁不支持在没有释放读锁的时候获取写锁。

StampedLock三种模式

悲观读：与读写锁的读写类似，允许多个线程获取悲观读锁

写锁：与读写锁的写锁类似，写锁和悲观读是互斥的。

乐观读：无锁机制，类似于数据库中的乐观锁，它支持在不是放写锁的时候是可以获取到一个写锁的，这点和读写锁不同。

基本语法

我们先来看看悲观读于与写锁的基本语法

//获取悲观读
long stamp = lock.readLock();
try{
String info = mapCache.get(name);
if(null != info){
return info;
}
}finally {
//释放悲观读
lock.unlock(stamp);
}

//获取写锁
stamp = lock.writeLock();
try{
//判断一下缓存中是否被插入了数据
String info = mapCache.get(name);
if(null != info){
return info;
}
//这里是往数据库获取数据
String infoByDb = mapDb.get(name);
//将数据插入缓存
mapCache.put(name,infoByDb);
}finally {
//释放写锁
lock.unlock(stamp);
}

我们看到，StampedLock语法和读写锁ReentrantReadWriteLock有了一点点区别，

获取锁的返回值：

StampedLock：long

ReentrantReadWriteLock：Lock

释放锁的方式：

StampedLock：unlock(stamp),需要传入获取锁返回的那个long值。

ReentrantReadWriteLock：unlock(),直接调用unlock方法即可。

StampedLock完整的demo

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();
//缓存中存储的数据
private static Map<String,String> mapCache = new HashMap<String, String>();
//模拟数据库存储的数据
private static Map<String,String> mapDb = new HashMap<String, String>();
static {
mapDb.put("zhangsan","你好，我是张三");
mapDb.put("sili","你好，我是李四");
}
private static String getInfo(String name){
//获取悲观读
long stamp = lock.readLock();
try{
String info = mapCache.get(name);
if(null != info){
System.out.println("在缓存中获取到了数据");
return info;
}
}finally {
//释放悲观读
lock.unlock(stamp);
}
//获取写锁
stamp = lock.writeLock();
try{
//判断一下缓存中是否被插入了数据
String info = mapCache.get(name);
if(null != info){
System.out.println("获取到了写锁，再次确认在缓存中获取到了数据");
return info;
}
//这里是往数据库获取数据
String infoByDb = mapDb.get(name);
//讲数据插入缓存
mapCache.put(name,infoByDb);
System.out.println("缓存中没有数据，在数据库获取到了数据");
}finally {
//释放写锁
lock.unlock(stamp);
}
return null;
}
public static void main(String[] args) {
//线程1
Thread t1 = new Thread(() ->{
getInfo("zhangsan");
});
//线程2
Thread t2 = new Thread(() ->{
getInfo("zhangsan");
});
//线程启动
t1.start();
t2.start();
//线程同步
try {
t1.join();
t2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

这是悲观读+写锁的使用方式，达到的效果与读写锁（ReentrantReadWriteLock）是一样的，我们一起来验证一下，我将代码稍微做了一点改动，打印了两个线程的执行日志，同时当调用线程是zhangsan的时候休眠三秒，目的是为了看lisi的线程能否成功的获取到写锁，代码如下：

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();
//缓存中存储的数据
private static Map<String,String> mapCache = new HashMap<String, String>();
//模拟数据库存储的数据
private static Map<String,String> mapDb = new HashMap<String, String>();
static {
mapDb.put("zhangsan","你好，我是张三");
mapDb.put("sili","你好，我是李四");
}
private static String getInfo(String name){
//获取悲观读
long stamp = lock.readLock();
log.info("线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 获取了悲观读锁" +" 用户名："+name);
try{
if("zhangsan".equals(name)){
log.info("线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 休眠中" +" 用户名："+name);
Thread.sleep(3000);
log.info("线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 休眠结束" +" 用户名："+name);
}
String info = mapCache.get(name);
if(null != info){
log.info("在缓存中获取到了数据");
return info;
}
} catch (InterruptedException e) {
log.info("线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 释放了悲观读锁");
e.printStackTrace();
} finally {
//释放悲观读
lock.unlock(stamp);
}
//获取写锁
stamp = lock.writeLock();
log.info("线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 获取了写锁" +" 用户名："+name);
try{
//判断一下缓存中是否被插入了数据
String info = mapCache.get(name);
if(null != info){
log.info("获取到了写锁，再次确认在缓存中获取到了数据");
return info;
}
//这里是往数据库获取数据
String infoByDb = mapDb.get(name);
//讲数据插入缓存
mapCache.put(name,infoByDb);
log.info("缓存中没有数据，在数据库获取到了数据");
}finally {
//释放写锁
log.info("线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 释放了写锁" +" 用户名："+name);
lock.unlock(stamp);
}
return null;
}
public static void main(String[] args) {
//线程1
Thread t1 = new Thread(() ->{
getInfo("zhangsan");
});
//线程2
Thread t2 = new Thread(() ->{
getInfo("lisi");
});
//线程启动
t1.start();
t2.start();
//线程同步
try {
t1.join();
t2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

如果在zhansan的线程休眠阶段李四的线程获取到了写锁，那么代表悲观读和写锁不是互斥的，反之互斥，请看代码运行结果：

三月 29, 2020 11:30:58 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 线程名：Thread-2 获取了悲观读锁用户名：lisi
三月 29, 2020 11:30:58 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 线程名：Thread-1 获取了悲观读锁用户名：zhangsan
三月 29, 2020 11:30:58 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 线程名：Thread-1 休眠中用户名：zhangsan
三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 线程名：Thread-1 休眠结束用户名：zhangsan
三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 线程名：Thread-1 获取了写锁用户名：zhangsan
三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 缓存中没有数据，在数据库获取到了数据
三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 线程名：Thread-1 释放了写锁用户名：zhangsan
三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 线程名：Thread-2 获取了写锁用户名：lisi
三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 缓存中没有数据，在数据库获取到了数据
三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo
信息: 线程名：Thread-2 释放了写锁用户名：lisi

我们仔细看打印日志的输出时间， 11:30:58 lisi和zhangsan都获取到了悲观读锁，并且zhangsan开始休眠，然后11:31:01的时候休眠结束，zhangsan获取到了写锁，所以悲观读与写锁肯定是互斥的，那这样的效率不是和读写锁一样吗？为什么说它比读写锁更快呢？这不是矛盾吗？

客官，别急啊，要记住精彩的永远在最后，StampedLock特锁模式我们只用了其中的两个，还有一个没有出场呢，下面我们来看看乐观读。

让StampedLock性能更上一楼的乐观读

乐观读并不是一种锁，所以请不要和悲观读联系在一起，它是一种无锁机制，相当于java的原子类操作，所以理论上性能会比读写锁（ReentrantReadWriteLock）更快一点，但不绝对。

当乐观读读取了成员变量的时候，需要将变量赋值给局部变量，然后再判断程序运行期间是否存在写锁，如果存在，升级为悲观读。

我们一起来看一下乐观读的实现：

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;
/**
* 修改成员变量的值，+1
*
* @return
*/
private static int sum() {
System.out.println("求和方法被执行了");
//获取乐观读
long stamp = lock.tryOptimisticRead();
int cnum1 = num1;
int cnum2 = num2;
System.out.println("获取到的成员变量值,cnum1：" + cnum1 + " cnum2：" + cnum2);
try {
//休眠3秒，目的是为了让其他线程修改掉成员变量的值。
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//判断在运行期间是否存在写操作 true：不存在 false:存在
if (!lock.validate(stamp)) {
System.out.println("存在写操作！");
//存在写锁
//升级悲观读锁
stamp = lock.readLock();
try {
System.out.println("升级悲观读锁");
cnum1 = num1;
cnum2 = num2;
System.out.println("重新获取了成员变量的值=========== cnum1="+cnum1 +" cnum2="+cnum2);
} finally {
//释放悲观读锁
lock.unlock(stamp);
}
}
return cnum1 + cnum2;
}
//使用写锁修改成员变量的值
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("求和结果：" + sum);
});
t1.start();
//休眠1秒，目的为了让线程t1能执行到获取成员变量之后
Thread.sleep(1000);
updateNum();
t1.join();
System.out.println("执行完毕");
}
}

解释代码，定义了两个成员变量，让后利用t1线程去计算两个成员变量的和，为了能体现出乐观读的效果，我在sum()中休眠了3秒，目的是让main主线程去修改掉成员变量的值，main函数中的休眠是为了让t1线程能准确地执行到读取成员变量阶段。

我们来看看执行的结果：

求和方法被执行了
获取到的成员变量值,cnum1：1 cnum2：1
存在写操作！
升级悲观读锁
重新获取了成员变量的值=========== cnum1=2 cnum2=2
求和结果：4
执行完毕

我们发现，t1首先读取了两个成员变量的值，然后发现了存在写操作，那是因为main函数利用写锁修改了两个成员变量的值，这个时候升级为了悲观读，再次获取成员变量的值，然后再计算两个值的和，为什么要升级悲观读锁呢？因为再文章开头的时候说过悲观读锁与写锁互斥，悲观读锁之前并行，所以乐观读升级到悲观读锁之后再获取一次成员变量，可以保证再当前悲观读锁中数据是线程安全的。

你了解乐观读的应用场景吗

乐观读并不是StampedLock的专利，有很多地方都使用到了乐观读，比如数据库的乐观锁悲观锁，java并发工具的原子类工具。

数据库悲观锁与乐观锁可以参考：mysql：悲观锁与乐观锁

java 并发工具原子类参考：java并发编程：CAS(Compare and Swap)

使用StampedLock的注意事项

1.StampedLock属于ReadWriteLock的子类，ReentrantReadWriteLock也是属于ReadWriteLock的子类，你们发现他们的区别了吗？看名字就能看出来StampedLock不支持重入锁。

2.它适用于读多写少的情况，如果不是这中情况，请慎用，性能可能还不如synchronized。

3.StampedLock的悲观读锁、写锁不支持条件变量。

4.千万不能中断阻塞的悲观读锁或写锁，如果调用阻塞线程的interrupt()，会导致cpu飙升，如果希望StampedLock支持中断操作，请使用readLockInterruptibly（悲观读锁）与writeLockInterruptibly（写锁）。

总结

在读多写少的情况下推荐使用StampedLock，因为它的乐观读，性能比读写锁提升了很多，但是再其他应用场景中，使用它还需要慎重。

乐观读支持并发一个写锁，而悲观读和写锁互斥，所以在使用过程中，我们可以先使用乐观读。然后判断是否存在写锁，如果存在，可以升级悲观读锁，由于悲观读锁和写锁的互斥性，他能保证线程的安全性问题，如果小明再平时的时候多看看我的博客的话，可能就不会被这个问题难住了。

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