StampedLock实战
我们知道“读写锁允许多个线程同时读共享变量，适用于读多写少的场景”。那在读多写少的场景中，还有没有更快的技术方案呢？还真有，Java 在 1.8 这个版本里，提供了一种叫 StampedLock 的锁，它的性能就比读写锁还要好。
下面我们就来介绍一下 StampedLock 的使用方法、内部工作原理以及在使用过程中需要注意的事项。
StampedLock 支持的三种锁模式
我们先来看看在使用上 StampedLock 和上一篇文章讲的 ReadWriteLock 有哪些区别。
ReadWriteLock 支持两种模式：一种是读锁，一种是写锁。而 StampedLock 支持三种模式，分别是：写锁、悲观读锁和乐观读。其中，写锁、悲观读锁的语义和 ReadWriteLock 的写锁、读锁的语义非常类似，允许多个线程同时获取悲观读锁，但是只允许一个线程获取写锁，写锁和悲观读锁是互斥的。不同的是：StampedLock 里的写锁和悲观读锁加锁成功之后，都会返回一个 stamp；然后解锁的时候，需要传入这个 stamp。相关的示例代码如下。
final StampedLock sl = new StampedLock();
// 获取/释放悲观读锁示意代码
long stamp = sl.readLock();
try {
//省略业务相关代码
} finally {
sl.unlockRead(stamp);
}
// 获取/释放写锁示意代码
long stamp = sl.writeLock();
try {
//省略业务相关代码
} finally {
sl.unlockWrite(stamp);
}
StampedLock 的性能之所以比 ReadWriteLock 还要好，其关键是 StampedLock 支持乐观读的方式。ReadWriteLock 支持多个线程同时读，但是当多个线程同时读的时候，所有的写操作会被阻塞；而 StampedLock 提供的乐观读，是允许一个线程获取写锁的，也就是说不是所有的写操作都被阻塞。注意这里，我们用的是“乐观读”这个词，而不是“乐观读锁”，是要提醒你，乐观读这个操作是无锁的，所以相比较 ReadWriteLock 的读锁，乐观读的性能更好一些。
文中下面这段代码是出自 Java SDK 官方示例，并略做了修改。在 distanceFromOrigin() 这个方法中，首先通过调用 tryOptimisticRead() 获取了一个 stamp，这里的 tryOptimisticRead() 就是我们前面提到的乐观读。之后将共享变量 x 和 y 读入方法的局部变量中，不过需要注意的是，由于 tryOptimisticRead() 是无锁的，所以共享变量 x 和 y 读入方法局部变量时，x 和 y 有可能被其他线程修改了。因此最后读完之后，还需要再次验证一下是否存在写操作，这个验证操作是通过调用 validate(stamp) 来实现的。
class Point {
private int x, y;
final StampedLock sl = new StampedLock();
//计算到原点的距离
int distanceFromOrigin() {
// 乐观读
long stamp = sl.tryOptimisticRead();
// 读入局部变量，
// 读的过程数据可能被修改
int curX = x, curY = y;
//判断执行读操作期间，
//是否存在写操作，如果存在，
//则sl.validate返回false
if (!sl.validate(stamp)){
// 升级为悲观读锁
stamp = sl.readLock();
try {
curX = x;
curY = y;
} finally {
//释放悲观读锁
sl.unlockRead(stamp);
}
}
return Math.sqrt(
curX * curX + curY * curY);
}
}
在上面这个代码示例中，如果执行乐观读操作的期间，存在写操作，会把乐观读升级为悲观读锁。这个做法挺合理的，否则你就需要在一个循环里反复执行乐观读，直到执行乐观读操作的期间没有写操作（只有这样才能保证 x 和 y 的正确性和一致性），而循环读会浪费大量的 CPU。升级为悲观读锁，代码简练且不易出错，建议你在具体实践时也采用这样的方法。
理解乐观读
乐观读往往与版本号挂钩，在获取数据时会同时记录与此对应的版本，然后写数据时查看当前的版本号与当时读取数据的版本号是否对应，如果匹配则更新数据以及版本号，否则需要重新获取数据。
//读取数据X，同时拿到的版本号为10
x = get(x), version=10
//修改数据
x = 20
//写回数据,如果put失败，说明version已过时
put(x, version)
StampedLock 使用注意事项
对于读多写少的场景 StampedLock 性能很好，简单的应用场景基本上可以替代 ReadWriteLock，但是 StampedLock 的功能仅仅是 ReadWriteLock 的子集，在使用的时候，还是有几个地方需要注意一下。
- StampedLock不支持重入( Reentrant)
- StampedLock的悲观读锁，写锁不支持条件变量
- 如果线程阻塞在StampedLock的readLock()或writeLock()上时，此时调用该阻塞线程的interrupt()会导致CPU飙升
例如下面的代码中，线程 T1 获取写锁之后将自己阻塞，线程 T2 尝试获取悲观读锁，也会阻塞；如果此时调用线程 T2 的 interrupt() 方法来中断线程 T2 的话，你会发现线程 T2 所在 CPU 会飙升到 100%
final StampedLock lock
= new StampedLock();
Thread T1 = new Thread(()->{
// 获取写锁
lock.writeLock();
// 永远阻塞在此处，不释放写锁
LockSupport.park();
});
T1.start();
// 保证T1获取写锁
Thread.sleep(100);
Thread T2 = new Thread(()->
//阻塞在悲观读锁
lock.readLock()
);
T2.start();
// 保证T2阻塞在读锁
Thread.sleep(100);
//中断线程T2
//会导致线程T2所在CPU飙升
T2.interrupt();
T2.join();
所以，使用 StampedLock 一定不要调用中断操作，如果需要支持中断功能，一定使用可中断的悲观读锁readLockInterruptibly() 和写锁 writeLockInterruptibly()。这个规则一定要记清楚。
总结
StampedLock 的使用看上去有点复杂，但是如果你能理解乐观锁背后的原理，使用起来还是比较流畅的。建议你认真揣摩 Java 的官方示例，这个示例基本上就是一个最佳实践。我们把 Java 官方示例精简后，形成下面的代码模板，建议你在实际工作中尽量按照这个模板来使用 StampedLock。
StampedLock 读模板
final StampedLock sl = new StampedLock();
// 乐观读
long stamp = sl.tryOptimisticRead();
// 读入方法局部变量
......
// 校验stamp
if (!sl.validate(stamp)){
// 升级为悲观读锁
stamp = sl.readLock();
try {
// 读入方法局部变量
.....
} finally {
//释放悲观读锁
sl.unlockRead(stamp);
}
}
//使用方法局部变量执行业务操作
......
StampedLock 写模板
long stamp = sl.writeLock();
try {
// 写共享变量
......
} finally {
sl.unlockWrite(stamp);
}
