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1. ReentrantReadWriteLock
1.1 是什么
读写锁定义为
一个资源能够被多个读线程访问,或者被一个写线程访问,但是不能同时存在读写线程。
读读共享,读写互斥
1.2 读写锁的意义
『读写锁ReentrantReadWriteLock』并不是
真正意义上的读写分离,它只允许读读共存
,而读写和写写依然是互斥
的,
大多实际场景是“读/读”线程间并不存在互斥关系,只有"读/写"线程或"写/写"线程间的操作需要互斥的。因此引入ReentrantReadWriteLock。
一个ReentrantReadWriteLock同时只能存在一个写锁
但是可以存在多个读锁
,但不能同时存在写锁和读锁。也即一个资源可以被多个读操作访问或一个写操作访问,但两者不能同时进行
。
只有在读多写少
情境之下,读写锁才具有较高的性能体现。
1.3 读写锁的特点
public class ReentrantReadWriteLockDemo {
public static void main(String[] args) {
MyResource myResource = new MyResource();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
int finalI = i;
new Thread(() -> {
myResource.write(finalI+"",finalI+"");
},String.valueOf(i)).start();
}
for (int i = 0; i < 10; i++) {
int finalI = i;
new Thread(() -> {
myResource.read(finalI+"");
},String.valueOf(i)).start();
}
//读全部over才可以继续写
for (int i = 1; i <=3; i++) {
int finalI = i;
new Thread(() -> {
myResource.write(finalI +"", finalI +"");
},"newWriteThread==="+String.valueOf(i)).start();
}
}
}
class MyResource{ //资源类 模拟一个简单的缓存
Map<String, String > map = new HashMap<>();
//ReentrantLock 等价于 synchronized
Lock lock = new ReentrantLock();
//ReentrantReadWriteLock 一体两面 读写互斥 读读共享
ReadWriteLock rw = new ReentrantReadWriteLock();
public void write(String key , String value){
rw.writeLock().lock();
try{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" +"正在写入");
map.put(key,value);
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); }
System.out.println("完成写入");
}finally {
rw.writeLock().unlock();
}
}
public void read(String key){
rw.readLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" +"正在读取");
String result = map.get(key);
try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500); } catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); }
System.out.println("完成读取");
}finally {
rw.readLock().unlock();
}
}
}
可知读写锁具有可重入和读写分离的特点
2. 从写锁→读锁,ReentrantReadWriteLock可以降级
2.1 锁降级
《Java 并发编程的艺术》中关于锁降级的说明:
锁的严苛程度变强叫做升级,反之叫做降级
通俗易懂的来讲就是:
锁降级:将写入锁降级为读锁(类似Linux文件读写权限理解,就像写权限要高于读权限一样),如果一个线程占有了写锁,在不释放写锁的情况下,它还能占有读锁,即写锁降级为读锁。
Java8 官网说明
重入还允许通过获取写入锁定,然后读取锁然后释放写锁从写锁到读取锁,
但是,从读锁定升级到写锁是不可能的
。
锁降级是为了让当前线程感知到数据的变化,目的是保证数据可见性
2.2 读写锁降级演示
public class LockDownGradingDemo
{
public static void main(String[] args)
{
ReentrantReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = readWriteLock.readLock();
ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = readWriteLock.writeLock();
writeLock.lock();
System.out.println("-------正在写入");
readLock.lock();
System.out.println("-------正在读取");
writeLock.unlock();
}
}
如果有线程在读,那么写线程是无法获取写锁的,是悲观锁的策略
2.3 不可锁升级
线程获取读锁
是不能直接升级为写入锁的。
在ReentrantReadWriteLock中,当读锁被使用时,如果有线程尝试获取写锁,该写线程会被阻塞
。
所以,需要释放所有读锁
,才可获取写锁,
2.4 写锁和读锁是互斥的
写锁和读锁是互斥的(这里的互斥是指线程间的互斥
,
当前线程可以获取到写锁又获取到读锁,但是获取到了读锁不能继续获取写锁),这是因为读写锁要保持写操作的可见性
。
因为,如果允许读锁在被获取的情况下对写锁的获取,那么正在运行的其他读线程无法感知到当前写线程的操作
。
锁降级能保证写操作可见性
因此, 分析读写锁ReentrantReadWriteLock,会发现它有个潜在的问题:
读锁全完,写锁有望;写锁独占,读写全堵;
如果有线程正在读,写线程需要等待读线程释放锁后才能获取写锁,即ReadWriteLock读的过程中不允许写
,只有等待线程都释放了读锁,当前线程才能获取写锁,
也就是写入必须等待
,这是一种悲观的读锁
,人家还在读着那,你先别去写,省的数据乱。
2.5 Oracle公司ReentrantWriteReadLock源码总结
锁降级
下面的示例代码摘自ReentrantWriteReadLock源码中:
ReentrantWriteReadLock支持锁降级,遵循按照获取写锁,获取读锁再释放写锁的次序,写锁能够降级成为读锁,不支持锁升级
。
解读在最下面:
-
代码中声明了一个volatile类型的cacheValid变量,保证其可见性。
-
首先获取读锁,如果cache不可用,则释放读锁,获取写锁,在更改数据之前,再检查一次cacheValid的值,然后修改数据,将cacheValid置为true,然后在释放写锁前获取读锁;此时,cache中数据可用,处理cache中数据,最后释放读锁。这个过程就是一个完整的锁降级的过程,目的是保证数据可见性。
如果违背锁降级的步骤
如果当前的线程C在修改完cache中的数据后,没有获取读锁而是直接释放了写锁,那么假设此时另一个线程D获取了写锁并修改了数据,那么C线程无法感知到数据已被修改,则数据出现错误。
如果遵循锁降级的步骤
线程C在
释放写锁之前获取读锁
,那么线程D在获取写锁时将被阻塞
,直到线程C完成数据处理过程,释放读锁。这样可以保证返回的数据是这次更新的数据,该机制是专门为了缓存设计的。
有没有比读写锁更快的锁
3. 邮戳锁StampedLock
3.1 是什么
StampedLock是JDK1.8中新增的一个读写锁, 也是对JDK1.5中的读写锁ReentrantReadWriteLock的优化。
邮戳锁,又叫票据锁
stamp(戳记,long类型),代表了锁的状态
。当stamp返回零
时,表示线程获取锁失败
。
并且,当释放锁或者转换锁的时候,都要传入最初获取的stamp值
。
3.2 改进了读写锁什么地方呢
读的过程中也允许获取写锁介入(相当牛B,读和写两个操作也让你“共享”(注意引号))
,这样会导致我们读的数据就可能不一致
!
所以,需要额外的方法来判断读的过程中是否有写入,这是一种乐观的读锁
。
显然乐观锁的并发效率更高,但一旦有小概率的写入导致读取的数据不一致
,需要能检测出来,再读一遍就行。
3.2 锁饥饿问题
ReentrantReadWriteLock实现了读写分离
,但是一旦读操作比较多的时候,想要获取写锁就变得比较困难了
,
假如当前1000个线程,999个读,1个写,有可能999个读取线程长时间抢到了锁,那1个写线程就悲剧了
因为当前有可能会一直存在读锁
,而无法获得写锁,根本没机会写。
如何缓解锁饥饿问题?
使用“公平”策略可以一定程度上缓解这个问题,但是“公平”策略是以牺牲系统吞吐量为代价的
new ReentrantReadWriteLock(true);
StampedLock类的乐观读锁闪亮登场
ReentrantReadWriteLock
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
,读写锁比传统的synchronized速度要快很多,
原因就是在于ReentrantReadWriteLock支持读并发
StampedLock横空出世
ReentrantReadWriteLock的读锁被占用的时候,其他线程尝试获取写锁的时候会被阻塞。
但是,StampedLock采取乐观获取锁后,其他线程尝试获取写锁时不会被阻塞
,这其实是对读锁的优化,
所以,在获取乐观读锁后,还需要对结果进行校验
。
3.3 乐观读模式coding演示
读的过程中也允许获取写锁介入
public class StampedLockDemo {
static int number = 37;
static StampedLock stampedLock = new StampedLock();
public void write()
{
long stamp = stampedLock.writeLock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"=====写线程准备修改");
try
{
number = number + 13;
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
stampedLock.unlockWrite(stamp);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"=====写线程结束修改");
}
//悲观读
public void read()
{
long stamp = stampedLock.readLock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t come in readlock block,4 seconds continue...");
//暂停几秒钟线程
for (int i = 0; i <4 ; i++) {
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 正在读取中......");
}
try
{
int result = number;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+" 获得成员变量值result:" + result);
System.out.println("写线程没有修改值,因为 stampedLock.readLock()读的时候,不可以写,读写互斥");
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
stampedLock.unlockRead(stamp);
}
}
//乐观读
public void tryOptimisticRead()
{
long stamp = stampedLock.tryOptimisticRead();
int result = number;
//间隔4秒钟,我们很乐观的认为没有其他线程修改过number值,实际靠判断。
System.out.println("4秒前stampedLock.validate值(true无修改,false有修改)"+"\t"+stampedLock.validate(stamp));
for (int i = 1; i <=4 ; i++) {
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 正在读取中......"+i+
"秒后stampedLock.validate值(true无修改,false有修改)"+"\t"
+stampedLock.validate(stamp));
}
if(!stampedLock.validate(stamp)) {
System.out.println("有人动过--------存在写操作!");
stamp = stampedLock.readLock();
try {
System.out.println("从乐观读 升级为 悲观读");
result = number;
System.out.println("重新悲观读锁通过获取到的成员变量值result:" + result);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
stampedLock.unlockRead(stamp);
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t finally value: "+result);
}
public static void main(String[] args)
{
StampedLockDemo resource = new StampedLockDemo();
new Thread(() -> {
resource.tryOptimisticRead();
//resource.tryOptimisticRead();
},"readThread").start();
// 2秒钟时乐观读失败,6秒钟乐观读取成功resource.tryOptimisticRead();,修改切换演示
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(2); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
new Thread(() -> {
resource.write();
},"writeThread").start();
}
}
3.4 StampedLock特点
- 所有获取锁的方法,都返回一个邮戳(Stamp),
Stamp为零表示获取失败
,其余都表示成功; - 所有释放锁的方法,都需要一个邮戳(Stamp),
这个Stamp必须是和成功获取锁时得到的Stamp一致
; - StampedLock是
不可重入的
,危险(如果一个线程已经持有了写锁,再去获取写锁的话就会造成死锁
);
3.5 StampedLock有三种访问模式
Reading(读模式)
:功能和ReentrantReadWriteLock的读锁类似Writing(写模式)
:功能和ReentrantReadWriteLock的写锁类似Optimistic reading(乐观读模式)
:无锁机制,类似于数据库中的乐观锁, 支持读写并发,很乐观认为读取时没人修改,假如被修改再实现升级为悲观读模式
3.6 StampedLock缺点
-
StampedLock 不支持重入,没有Re开头
-
StampedLock 的悲观读锁和写锁都不支持条件变量(Condition),这个也需要注意。
-
使用 StampedLock一定不要调用中断操作,即不要调用interrupt() 方法
如果需要支持中断功能,一定使用可中断的悲观读锁 readLockInterruptibly()和写锁writeLockInterruptibly()