java併發程式設計-StampedLock高效能讀寫鎖

字母哥部落格發表於2022-05-16

一、讀寫鎖

在我的《java併發程式設計》上一篇文章中為大家介紹了《ReentrantLock讀寫鎖》,ReentrantReadWriteLock可以保證最多同時有一個執行緒在寫資料,或者可以同時有多個執行緒讀資料,但讀寫不能同時進行。

比如你正在做的是日誌,有一個執行緒正在做寫操作,但是在寫日誌的時候你可能需要把日誌集中轉移到集中管理日誌服務,但是此時讀執行緒不能讀資料(因為無法獲取讀鎖)。面對這個需求,ReentrantReadWriteLock顯然不是我們的解決方案,我們希望:最多一個執行緒在進行寫操作(加寫鎖),但是同時允許多個執行緒進行讀操作(加讀鎖),解決方案是StampedLock。

二、悲觀讀鎖

StampedLock 同樣可以實現寫鎖和讀鎖的功能,Stamped在英文中有印章的含義,對於StampedLock大家可以這麼理解,使用一個印章加鎖,必須使用該印章解鎖。

public class TestStampedLock {
    Map<String,String> map = new HashMap<>();
    //鎖物件
    private StampedLock lock = new StampedLock();
 
    //寫操作函式
    public void put(String key, String value){
        long stamp = lock.writeLock(); //加寫鎖
        try {
            map.put(key, value); //寫操作
        } finally {
            lock.unlockWrite(stamp);  //釋放寫鎖
        }
    }
 
    public String get(String key) {
        long stamp = lock.readLock(); //加讀鎖
        try {
            return map.get(key); //讀操作
        } finally {
            lock.unlockRead(stamp); //釋放讀鎖
        }
    }
}

上文中的讀鎖readLock,在StampedLock模式中被稱為悲觀讀鎖,之所以叫做悲觀讀鎖是和StampedLock支援的另一種模式“樂觀讀”相對應的。
寫鎖、悲觀讀鎖的語義和 ReadWriteLock 的寫鎖、讀鎖的語義基本是一致的,允許多個執行緒同時獲取悲觀讀鎖,但是隻允許一個執行緒獲取寫鎖,寫鎖和悲觀讀鎖是互斥的。多執行緒環境下,寫操作的同時不能讀。所以到這裡為止,StampedLock與ReadWriteLock並沒有很大的區別。

三、樂觀讀

需要注意的是,這裡我寫的是樂觀讀,而不是樂觀讀鎖,因為樂觀讀是不加鎖的。通過tryOptimisticRead()函式獲取一個stamp,這裡的tryOptimisticRead() 就是樂觀讀,樂觀讀因為沒有加鎖,所以讀取資料的效能會更高一點。即:已經有寫操作執行緒加鎖的同時,仍然允許讀操作執行緒繼續進行。

如果你的讀寫操作有比較強的時間點資料一致性要求,即:同一個時間點讀操作讀到的資料,一定與該時間點寫操作保持資料一致性。那麼,你就需要進行validate校驗,stamp此時可以理解為一個版本號,如果寫操作版本為2,讀操作版本為1,說明你讀到的資料不是最新的。你需要去讀取最新版本的資料(版本號為2),所以需要升級為悲觀讀鎖,程式碼如下:

public String readWithOptimisticLock(String key) {
    long stamp = lock.tryOptimisticRead(); //樂觀讀
    String value = map.get(key); //讀取資料
 
    if(!lock.validate(stamp)) {  //校驗資料是否是最新版本
        stamp = lock.readLock();  //如果不是,升級為悲觀讀鎖
        try {
            return map.get(key);
        } finally {
            lock.unlock(stamp);               
        }
    }
    return value;
}

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