面试官：素有Java锁王称号的‘StampedLock’你知道吗？我：这什么鬼？

本文主要是介绍面试官：素有Java锁王称号的‘StampedLock’你知道吗？我：这什么鬼？，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

一、写在开头

我们在上一篇写ReentrantReadWriteLock读写锁的末尾留了一个小坑，那就是读写锁因为写锁的悲观性，会导致 “写饥饿”，这样一来会大大的降低读写效率，而今天我们就来将此坑填之！填坑工具为：StampedLock，一个素有Java锁王称号的同步类，也是在 java.util.concurrent.locks 包中。

需要声明的是，这个类在Java的面试过程中极少被问及，如果仅仅是为了准备面试的话，这部分内容可以忽略，但这个类的实现逻辑还是值得一学的。

二、StampedLock 是什么？

StampedLock是由Java8时引入的一个性能更好的读写锁，作者：Doug Lea，支持读锁、写锁，这与ReentrantReadWriteLock类似，但同时多了一个乐观读锁的实现，这一点直接提升了它的性能。

三、StampedLock的原理

虽然StampedLock性能更好，但是！不可重入且不支持条件变量 Condition，且并没有直接实现Lock或者ReadWriteLock接口，而是与AQS类似的采用CLH(Craig, Landin, and Hagersten locks)作为底层实现。

在Java的官方docs中对于它进行了如下的描述：

在这里插入图片描述
并且官方还提供了一个示例，我们来看一下：

class Point {//共享变量private double x, y;private final StampedLock sl = new StampedLock();// 写锁的使用void move(double deltaX, double deltaY) {long stamp = sl.writeLock(); //涉及对共享资源的修改，使用写锁-独占操作try {x += deltaX;y += deltaY;} finally {sl.unlockWrite(stamp); // 释放写锁}}/*** 使用乐观读锁访问共享资源* 注意：乐观读锁在保证数据一致性上需要拷贝一份要操作的变量到方法栈，并且在操作数据时候					可能其他写线程已经修改了数据，* 而我们操作的是方法栈里面的数据，也就是一个快照，所以最多返回的不是最新的数据，但是一致性还是得到保障的。** @return*/double distanceFromOrigin() {long stamp = sl.tryOptimisticRead(); // 获取乐观读锁double currentX = x, currentY = y;	// 拷贝共享资源到本地方法栈中if (!sl.validate(stamp)) { // //检查乐观读锁后是否有其他写锁发生，有则返回falsestamp = sl.readLock(); // 获取一个悲观读锁try {currentX = x;currentY = y;} finally {sl.unlockRead(stamp); // 释放悲观读锁}}return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);}// 悲观读锁以及读锁升级写锁的使用void moveIfAtOrigin(double newX, double newY) {long stamp = sl.readLock(); // 悲观读锁try {while (x == 0.0 && y == 0.0) {// 读锁尝试转换为写锁：转换成功后相当于获取了写锁，转换失败相当于有写锁被占用long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp);if (ws != 0L) { // 如果转换成功stamp = ws; // 读锁的票据更新为写锁的x = newX;y = newY;break;}else { // 如果转换失败sl.unlockRead(stamp); // 释放读锁stamp = sl.writeLock(); // 强制获取写锁}}} finally {sl.unlock(stamp); // 释放所有锁}}
}

在StampedLock 的底层提供了三种锁：

写锁： 独占锁，一把锁只能被一个线程获得。当一个线程获取写锁后，其他请求读锁和写锁的线程必须等待。类似于 ReentrantReadWriteLock 的写锁，不过这里的写锁是不可重入的。
读锁（悲观读）：共享锁，没有线程获取写锁的情况下，多个线程可以同时持有读锁。如果己经有线程持有写锁，则其他线程请求获取该读锁会被阻塞。类似于 ReentrantReadWriteLock 的读锁，不过这里的读锁是不可重入的。
乐观读 ：允许多个线程获取乐观读以及读锁。同时允许一个写线程获取写锁。

【源码示例】

// 写锁
public long writeLock() {long s, next;  // bypass acquireWrite in fully unlocked case onlyreturn ((((s = state) & ABITS) == 0L &&U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, next = s + WBIT)) ?next : acquireWrite(false, 0L));
}
// 读锁
public long readLock() {long s = state, next;  // bypass acquireRead on common uncontended casereturn ((whead == wtail && (s & ABITS) < RFULL &&U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, next = s + RUNIT)) ?next : acquireRead(false, 0L));
}
// 乐观读
public long tryOptimisticRead() {long s;return (((s = state) & WBIT) == 0L) ? (s & SBITS) : 0L;
}

StampedLock 在获取锁的时候会返回一个 long 型的数据戳，该数据戳用于稍后的锁释放参数，如果返回的数据戳为 0 则表示锁获取失败。当前线程持有了锁再次获取锁还是会返回一个新的数据戳，这也是StampedLock不可重入的原因。此外，在官网给的示例中我们也看到了，StampedLock 还支持这3种锁的转换：

long tryConvertToWriteLock(long stamp){}
long tryConvertToReadLock(long stamp){}
long tryConvertToOptimisticRead(long stamp){}

内部常量说明

在源码中我们看到，无论哪种锁，在获取的时候都会返回一个long类型的时间戳，这其实就是StampedLock命名的由来，而这个时间戳的第8位用来标识写锁，前 7 位（LG_READERS）来表示读锁，每获取一个悲观读锁，就加 1（RUNIT），每释放一个悲观读锁，就减 1。而悲观读锁最多只能装 128 个（7 位限制），很容易溢出，所以用一个 int 类型的变量来存储溢出的悲观读锁。

在这里插入图片描述

四、StampedLock的使用

结果上面的StampedLock特性和官方的示例，我们写一个小demo来感受一下它的使用，需要注意的是在获取乐观锁时，如果有写锁改变数据时，为保证数据一致性，要切换为普通的读锁模式。

【测试示例】

public class Test {private final StampedLock sl = new StampedLock();private int data = 0;public void write(int value) {long stamp = sl.writeLock();try {data = value;} finally {sl.unlockWrite(stamp);}}public int read() {long stamp = sl.tryOptimisticRead();int currentData = data;// 如果有写锁被占用，可能造成数据不一致，所以要切换到普通读锁模式if (!sl.validate(stamp)) {stamp = sl.readLock();try {currentData = data;} finally {sl.unlockRead(stamp);}}return currentData;}public static void main(String[] args) {Test test = new Test();Thread writer = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 5; i++) {test.write(i);System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread().getName() + ":Write: " + i);}});Thread reader = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 5; i++) {int value = test.read();System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread().getName() + ":Read: " + value);}});writer.start();reader.start();}
}

输出：

当前线程Thread-0:Write: 0
当前线程Thread-0:Write: 1
当前线程Thread-1:Read: 0
当前线程Thread-0:Write: 2
当前线程Thread-1:Read: 2
当前线程Thread-0:Write: 3
当前线程Thread-1:Read: 3
当前线程Thread-0:Write: 4
当前线程Thread-1:Read: 4
当前线程Thread-1:Read: 4