JDK8中新增的StampedLock有什么作用

本篇内容主要讲解“JDK8中新增的StampedLock有什么作用”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“JDK8中新增的StampedLock有什么作用”吧!StampedLock类，在JDK1.8时引入，是对读写锁ReentrantReadWriteLock的增强，该类提供了一些功能，优化了读锁、写锁的访问，同时使读写锁之间可以互相转换，更细粒度控制并发。首先明确下，该类的设计初衷是作为一个内部工具类，用于辅助开发其它线程安全组件，用得好，该类可以提升系统性能，用不好，容易产生死锁和其它莫名其妙的问题。上一篇文章，讲解了读写锁——ReentrantReadWriteLock原理详解 ，那么为什么有了ReentrantReadWriteLock，还要引入StampedLock？ReentrantReadWriteLock使得多个读线程同时持有读锁（只要写锁未被占用），而写锁是独占的。但是，读写锁如果使用不当，很容易产生“饥饿”问题：比如在读线程非常多，写线程很少的情况下，很容易导致写线程“饥饿”，虽然使用“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。try系列获取锁的函数，当获取锁失败后会返回为0的stamp值。当调用释放锁和转换锁的方法时候需要传入获取锁时候返回的stamp值。StampedLockd的内部实现是基于CLH锁的，CLH锁原理：锁维护着一个等待线程队列，所有申请锁且失败的线程都记录在队列。一个节点代表一个线程，保存着一个标记位locked,用以判断当前线程是否已经释放锁。当一个线程试图获取锁时，从队列尾节点作为前序节点，循环判断所有的前序节点是否已经成功释放锁。先来看一个Oracle官方的例子：可以看到，上述示例最特殊的其实是distanceFromOrigin方法，这个方法中使用了“Optimistic reading”乐观读锁，使得读写可以并发执行，但是“Optimistic reading”的使用必须遵循以下模式：StampedLock虽然不像其它锁一样定义了内部类来实现AQS框架，但是StampedLock的基本实现思路还是利用CLH队列进行线程的管理，通过同步状态值来表示锁的状态和类型。StampedLock内部定义了很多常量，定义这些常量的根本目的还是和ReentrantReadWriteLock一样，对同步状态值按位切分，以通过位运算对State进行操作：对于StampedLock来说，写锁被占用的标志是第8位为1，读锁使用0-7位，正常情况下读锁数目为1-126，超过126时，使用一个名为readerOverflow的int整型保存超出数。另外，StampedLock相比ReentrantReadWriteLock，对多核CPU进行了优化，可以看到，当CPU核数超过1时，会有一些自旋操作:假设现在有多个线程：ThreadA、ThreadB、ThreadC、ThreadD、ThreadE。操作如下：
ThreadA调用writeLock————获取写锁
ThreadB调用readLock————获取读锁
ThreadC调用readLock————获取读锁
ThreadD调用writeLock————获取写锁
ThreadE调用readLock————获取读锁StampedLock的构造器很简单，构造时设置下同步状态值：另外，StamedLock提供了三类视图：这些视图其实是对StamedLock方法的封装，便于习惯了ReentrantReadWriteLock的用户使用：
例如，ReadLockView其实相当于ReentrantReadWriteLock.readLock()返回的读锁;来看下writeLock方法：说明：上述代码获取写锁，如果获取失败，则进入阻塞，注意该方法不响应中断，返回非0表示获取成功。StampedLock中大量运用了位运算，这里(s = state) & ABITS == 0L表示读锁和写锁都未被使用，这里写锁可以立即获取成功，然后CAS操作更新同步状态值State。操作完成后，等待队列的结构如下：注意：StampedLock中，等待队列的结点要比AQS中简单些，仅仅三种状态。
0：初始状态
-1：等待中
1：取消另外，结点的定义中有个cowait字段，该字段指向一个栈，用于保存读线程，这个后续会讲到。来看下readLock方法：
由于ThreadA此时持有写锁，所以ThreadB获取读锁失败，将调用acquireRead方法，加入等待队列：说明：上述代码获取读锁，如果写锁被占用，线程会阻塞，注意该方法不响应中断，返回非0表示获取成功。acquireRead方法非常复杂，用到了大量自旋操作：我们来分析下这个方法。
该方法会首先自旋的尝试获取读锁，获取成功后，就直接返回；否则，会将当前线程包装成一个读结点，插入到等待队列。
由于，目前等待队列还是空，所以ThreadB会初始化队列，然后将自身包装成一个读结点，插入队尾，然后在下面这个地方跳出自旋：此时，等待队列的结构如下：跳出自旋后，ThreadB会继续向下执行，进入下一个自旋，在下一个自旋中，依然会再次尝试获取读锁，如果这次再获取不到，就会将前驱的等待状态置为WAITING, 表示我（当前线程）要去睡了（阻塞），到时记得叫醒我：最终, ThreadB进入阻塞状态:最终，等待队列的结构如下：这个过程和ThreadB获取读锁一样，区别在于ThreadC被包装成结点加入等待队列后，是链接到ThreadB结点的栈指针中的。调用完下面这段代码后，ThreadC会链接到以Thread B为栈顶指针的栈中：说明：上述代码队列不为空，且队尾是读结点，则将添加当前结点链接到队尾结点的cowait链中（实际上构成一个栈，p是栈顶指针）注意：读结点的cowait字段其实构成了一个栈，入栈的过程其实是个“头插法”插入单链表的过程。比如，再来个ThreadX读结点，则cowait链表结构为：ThreadB - > ThreadX -> ThreadC。最终唤醒读结点时，将从栈顶开始。然后会在下一次自旋中，阻塞当前读线程：最终，等待队列的结构如下：可以看到，此时ThreadC结点并没有把它的前驱的等待状态置为-1，因为ThreadC是链接到栈中的，当写锁释放的时候，会从栈底 香港云主机元素开始，唤醒栈中所有读结点。ThreadD调用writeLock方法获取写锁失败后（ThreadA依然占用着写锁），会调用acquireWrite方法，该方法整体逻辑和acquireRead差不多，首先自旋的尝试获取写锁，获取成功后，就直接返回；否则，会将当前线程包装成一个写结点，插入到等待队列。说明：上述代码获取写锁，如果失败，则进入阻塞，注意该方法不响应中断，返回非0，表示获取成功acquireWrite源码：acquireWrite中的下面这个自旋操作，用于将线程包装成写结点，插入队尾：说明：上述代码自旋入队操作，如果没用任何锁被占用，则立即尝试获取写锁，获取成功则返回，如果存在锁被使用，则将当前线程包装成独占节点，并插入等待队列尾部插入完成后，队列结构如下：然后，进入下一个自旋，并在下一个自旋中阻塞ThreadD，最终队列结构如下：同样，由于写锁被ThreadA占用着，所以最终会调用acquireRead方法，在该方法的第一个自旋中，会将ThreadE加入等待队列：注意，由于队尾结点是写结点，所以当前读结点会直接链接到队尾；如果队尾是读结点，则会链接到队尾读结点的cowait链中。然后进入第二个自旋，阻塞ThreadE，最终队列结构如下：通过CAS操作，修改State成功后，会调用release方法唤醒等待队列的队首结点：release方法非常简单，先将头结点的等待状态置为0，表示即将唤醒后继结点，然后立即唤醒队首结点：此时，等待队列的结构如下：ThreadB被唤醒后，会从原阻塞处继续向下执行，然后开始下一次自旋：第二次自旋时，ThreadB发现写锁未被占用，则成功获取到读锁，然后从栈顶（ThreadB的cowait指针指向的结点）开始唤醒栈中所有线程，
最后返回：最终，等待队列的结构如下：ThreadC被唤醒后，继续执行，并进入下一次自旋，下一次自旋时，会成功获取到读锁。注意，此时ThreadB和ThreadC已经拿到了读锁，ThreadD（写线程）和ThreadE（读线程）依然阻塞中，原来ThreadC对应的结点是个孤立结点，会被GC回收。最终，等待队列的结构如下：ThreadB和ThreadC调用unlockRead方法释放读锁，CAS操作State将读锁数量减1：注意，当读锁的数量变为0时才会调用release方法，唤醒队首结点：队首结点（ThreadD写结点被唤醒），最终等待队列的结构如下：ThreadD会从原阻塞处继续向下执行，并在下一次自旋中获取到写锁，然后返回:最终，等待队列的结构如下：ThreadD释放写锁的过程和步骤7完全相同，会调用unlockWrite唤醒队首结点（ThreadE）。ThreadE被唤醒后会从原阻塞处继续向下执行，但由于ThreadE是个读结点，所以同时会唤醒cowait栈中的所有读结点，过程和步骤8完全一样。最终，等待队列的结构如下：至此，全部执行完成。StampedLock的等待队列与RRW的CLH队列相比，有以下特点：当入队一个线程时，如果队尾是读结点，不会直接链接到队尾，而是链接到该读结点的cowait链中，cowait链本质是一个栈；当入队一个线程时，如果队尾是写结点，则直接链接到队尾；QS类似唤醒线程的规则和A，都是首先唤醒队首结点。区别是StampedLock中，当唤醒的结点是读结点时，会唤醒该读结点的cowait链中的所有读结点（顺序和入栈顺序相反，也就是后进先出）。另外，StampedLock使用时要特别小心，避免锁重入的操作，在使用乐观读锁时也需要遵循相应的调用模板，防止出现数据不一致的问题。到此，相信大家对“JDK8中新增的StampedLock有什么作用”有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是开发云网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！

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