概述
想到读写锁，大家第一时间想到的可能是ReentrantReadWriteLock。实际上，在jdk8以后，java提供了一个性能更优越的读写锁并发类StampedLock，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。本文主要和大家一起学习下StampedLock的功能和使用。
StampedLock介绍
StampedLock的状态由版本和模式组成。锁获取方法返回一个戳，该戳表示并控制对锁状态的访问。StampedLock提供了3种模式控制访问锁：
- 写模式
获取写锁，它是独占的，当锁处于写模式时，无法获得读锁，所有乐观读验证都将失败。
- writeLock()： 阻塞等待独占获取锁，返回一个戳， 如果是0表示获取失败。
- tryWriteLock()：尝试获取一个写锁，返回一个戳， 如果是0表示获取失败。
- long tryWriteLock(long time, TimeUnit unit): 尝试获取一个独占写锁，可以等待一段事件，返回一个戳， 如果是0表示获取失败。
- long writeLockInterruptibly(): 试获取一个独占写锁，可以被中断，返回一个戳， 如果是0表示获取失败。
- unlockWrite(long stamp)：释放独占写锁，传入之前获取的戳。
- tryUnlockWrite()：如果持有写锁，则释放该锁，而不需要戳值。这种方法可能对错误后的恢复很有用。
long stamp = lock.writeLock(); try { .... } finally { lock.unlockWrite(stamp); }
- 读模式
悲观的方式后去非独占读锁。
- readLock()： 阻塞等待获取非独占的读锁，返回一个戳， 如果是0表示获取失败。
- tryReadLock()：尝试获取一个读锁，返回一个戳， 如果是0表示获取失败。
- long tryReadLock(long time, TimeUnit unit): 尝试获取一个读锁，可以等待一段事件，返回一个戳， 如果是0表示获取失败。
- long readLockInterruptibly(): 阻塞等待获取非独占的读锁，可以被中断，返回一个戳， 如果是0表示获取失败。
- unlockRead(long stamp)：释放非独占的读锁，传入之前获取的戳。
- tryUnlockRead()：如果读锁被持有，则释放一次持有，而不需要戳值。这种方法可能对错误后的恢复很有用。
long stamp = lock.readLock(); try { .... } finally { lock.unlockRead(stamp); }
- 乐观读模式
乐观读也就是若读的操作很多，写的操作很少的情况下，你可以乐观地认为，写入与读取同时发生几率很少，因此不悲观地使用完全的读取锁定，程序可以查看读取资料之后，是否遭到写入执行的变更，再采取后续的措施(重新读取变更信息，或者抛出异常) ，这一个小小改进，可大幅度提高程序的吞吐量。
StampedLock 支持 tryOptimisticRead() 方法，读取完毕后做一次戳校验，如果校验通过，表示这期间没有其他线程的写操作，数据可以安全使用，如果校验没通过，需要重新获取读锁，保证数据一致性。
- tryOptimisticRead(): 返回稍后可以验证的戳记，如果独占锁定则返回零。
- boolean validate(long stamp): 如果自给定戳记发行以来锁还没有被独占获取，则返回true。
long stamp = lock.tryOptimisticRead(); // 验戳 if(!lock.validate(stamp)){ // 锁升级 }
此外，StampedLock 提供了api实现上面3种方式进行转换：
- long tryConvertToWriteLock(long stamp)
如果锁状态与给定的戳记匹配，则执行以下操作之一。如果戳记表示持有写锁，则返回它。或者，如果是读锁，如果写锁可用，则释放读锁并返回写戳记。或者，如果是乐观读，则仅在立即可用时返回写戳记。该方法在所有其他情况下返回零
- long tryConvertToReadLock(long stamp)
如果锁状态与给定的戳记匹配，则执行以下操作之一。如果戳记表示持有写锁，则释放它并获得读锁。或者，如果是读锁，返回它。或者，如果是乐观读，则仅在立即可用时才获得读锁并返回读戳记。该方法在所有其他情况下返回零。
- long tryConvertToOptimisticRead(long stamp)
如果锁状态与给定的戳记匹配，那么如果戳记表示持有锁，则释放它并返回一个观察戳记。或者，如果是乐观读，则在验证后返回它。该方法在所有其他情况下返回0，因此作为“tryUnlock”的形式可能很有用。
演示例子
下面用一个例子演示下StampedLock的使用，例子来源jdk中的javadoc。
@Slf4j @Data public class Point { private double x, y; private final StampedLock sl = new StampedLock(); void move(double deltaX, double deltaY) throws InterruptedException { //涉及对共享资源的修改，使用写锁-独占操作 long stamp = sl.writeLock(); log.info("writeLock lock success"); Thread.sleep(500); try { x += deltaX; y += deltaY; } finally { sl.unlockWrite(stamp); log.info("unlock write lock success"); } } /** * 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() throws InterruptedException { long stamp = sl.tryOptimisticRead(); // 使用乐观读锁 log.info("tryOptimisticRead lock success"); // 睡一秒中 Thread.sleep(1000); double currentX = x, currentY = y; // 拷贝共享资源到本地方法栈中 if (!sl.validate(stamp)) { // 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 log.info("validate stamp error"); stamp = sl.readLock(); log.info("readLock success"); try { currentX = x; currentY = y; } finally { sl.unlockRead(stamp); log.info("unlock read success"); } } return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY); } void moveIfAtOrigin(double newX, double newY) { // upgrade // Could instead start with optimistic, not read mode long stamp = sl.readLock(); try { while (x == 0.0 && y == 0.0) { long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp); //读锁转换为写锁 if (ws != 0L) { stamp = ws; x = newX; y = newY; break; } else { sl.unlockRead(stamp); stamp = sl.writeLock(); } } } finally { sl.unlock(stamp); } } }
测试用例：
@Test public void testStamped() throws InterruptedException { Point point = new Point(); point.setX(1); point.setY(2); // 线程0 执行了乐观读 Thread thread0 = new Thread(() -> { try { // 乐观读 point.distanceFromOrigin(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "thread-0"); thread0.start(); Thread.sleep(500); // 线程1 执行写锁 Thread thread1 = new Thread(() -> { // 乐观读 try { point.move(3, 4); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "thread-1"); thread1.start(); thread0.join(); thread1.join(); }
结果：
性能对比
正是由于StampedLock的乐观读模式，早就StampedLock的高性能和高吞吐量，那么具体的性能提高有多少呢？
下图是和ReadWritLock相比，在一个线程情况下，读速度是其4倍左右，写是1倍。
下图是16个线程情况下，读性能是其几十倍，写性能也是近10倍左右：
下图是吞吐量提高：
那么这样是不是说StampedLock可以全方位的替代ReentrantReadWriteLock, 答案是否定的，StampedLock相对于ReentrantReadWriteLock有下面两个问题：
- 不支持条件变量Condition
- 不支持可重入
所以最终选择StampedLock还是ReentrantReadWriteLock，还是要看具体的业务场景。
总结
本文主要讲解了StampedLock的功能和使用，至于原理，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，具体的源码实现大家感兴趣的自己可以追踪看看。
