【面试问题】StampedLock 理解与使用

StampedLock 是 Java 8 中引入的一种乐观读、悲观写的锁机制。它是 ReentrantReadWriteLock 的增强版本，主要用于解决读多写少的场景，提供了更高的并发性能。StampedLock 通过引入 stamp（戳）的概念，实现了更灵活的锁控制。下面我们将深入了解 StampedLock 的特性、用法以及适用场景。

特性和设计思想：

1. 三种模式：

• 写模式（writeLock）： 独占锁，用于写操作。在写模式下，所有的读和写都被阻塞。
• 读模式（readLock）： 共享锁，用于读操作。多个线程可以同时获得读锁，但写操作会被阻塞。
• 乐观读模式（tryOptimisticRead）： 一种特殊的读模式，不会阻塞其他线程的写操作。

2. 戳（stamp）：

• StampedLock 引入了一个名为 stamp 的概念，它是一个 long 类型的数字。
• 在读锁和写锁的操作中，都会返回一个 stamp，可以用来标识锁的版本。
• 在乐观读模式下，可以通过 tryOptimisticRead 获得一个 stamp，用于检查在获取锁期间是否有写操作发生。

3. 乐观读和悲观读的转换：

• 可以在乐观读模式下，通过 validate 方法检查锁是否被其他线程获取，然后转换为悲观读锁。

使用示例：

下面是一个简单的示例，演示了 StampedLock 的基本用法：

importjava.util.concurrent.locks.StampedLock;
classPoint {
privatedoublex, y;
privatefinalStampedLocklock=newStampedLock();
// 写操作voidmove(doubledeltaX, doubledeltaY) {
longstamp=lock.writeLock();
try {
x+=deltaX;
y+=deltaY;
        } finally {
lock.unlockWrite(stamp);
        }
    }
// 乐观读操作doubledistanceFromOrigin() {
longstamp=lock.tryOptimisticRead();
doublecurrentX=x, currentY=y;
if (!lock.validate(stamp)) {
stamp=lock.readLock();
try {
currentX=x;
currentY=y;
            } finally {
lock.unlockRead(stamp);
            }
        }
returnMath.sqrt(currentX*currentX+currentY*currentY);
    }
}

在上述示例中，move 方法使用写锁进行坐标的更新，distanceFromOrigin 方法使用乐观读锁计算点到原点的距离。在乐观读模式下，先获取一个 stamp，然后检查锁是否被其他线程获取，如果没有则直接使用数据，否则转换为悲观读锁。

适用场景：

1. 读多写少的场景：

• StampedLock 的优势在于读操作不会被阻塞，适用于读多写少的场景。
• 在高并发读操作的情况下，StampedLock 的性能相对于传统的 ReentrantReadWriteLock 有明显提升。

2. 乐观读的场景：

• 当读操作远远超过写操作时，乐观读模式可以提供更高的并发性能。
• 乐观读不会阻塞其他读操作，但需要在后续的悲观读操作中进行验证。

注意事项和限制：

1. 不支持条件变量：

• StampedLock 不支持条件变量，因此在使用时需要注意。

2. 不可重入：

• StampedLock 不支持可重入性，即同一个线程在没有释放锁的情况下无法再次获得锁。

3. 悲观读锁升级为写锁：

• 悲观读锁可以升级为写锁，但需要小心死锁的问题。

4. 读锁和写锁不能同时持有：

• 与 ReentrantReadWriteLock 不同，StampedLock 不允许读锁和写锁同时被持有。