探秘 Java 1.8 的 StampedLock：突破传统并发锁的桎梏
2024-01-06 21:03:29
引言：并发锁的演变
并发编程中，锁机制扮演着至关重要的角色，它协调对共享资源的访问，防止出现数据竞争和死锁等问题。传统的锁机制，如 Java 中的 synchronized 和 ReentrantLock，虽然提供了基本的互斥功能，但在某些场景下却显得捉襟见肘。
StampedLock 的诞生
为了应对传统锁机制的局限性，Java 1.8 中引入了一种全新的锁机制——StampedLock。StampedLock 可以被视为 ReadWriteLock 的一个改进，它将读操作细分为悲观读和乐观读。
悲观读与乐观读
悲观读与乐观读的区别在于，悲观读在读取共享资源时会获取锁，从而保证读取操作的原子性和一致性；而乐观读则在读取共享资源时不获取锁，它假设共享资源在读取过程中不会发生变化。
StampedLock 的原理
StampedLock 使用一种称为 "戳记" 的机制来管理对共享资源的访问。戳记是一个唯一的整数，它表示当前锁的状态。当一个线程获取悲观读锁时，它会获得一个读戳记；当一个线程获取写锁时，它会获得一个写戳记。
StampedLock 通过比较戳记来判断共享资源是否发生了变化。如果一个线程的戳记比当前的锁状态戳记旧，则表明共享资源可能发生了变化，此时该线程需要重新获取悲观读锁或写锁。
StampedLock 的优势
与传统的锁机制相比，StampedLock 具有以下优势：
- 更高的读并发性： 乐观读不获取锁，因此在读操作较多的场景下，StampedLock 可以显著提高读并发性。
- 更低的写延迟： 悲观读虽然会获取锁，但它只在共享资源发生变化时才需要获取锁。因此，在写操作较多的场景下，StampedLock 可以降低写延迟。
- 更灵活的同步机制： StampedLock 提供了多种获取锁的方式，包括悲观读锁、乐观读锁和写锁。这使得开发人员可以根据不同的场景选择最合适的同步机制。
StampedLock 的应用场景
StampedLock 适用于各种需要并发控制的场景，尤其是以下场景：
- 读操作远多于写操作的场景。
- 写操作不会频繁修改共享资源的场景。
- 需要在并发环境下保持数据一致性的场景。
使用 StampedLock 的示例
以下是一个使用 StampedLock 实现并发计数器的示例：
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;
public class ConcurrentCounter {
private final StampedLock lock = new StampedLock();
private int count = 0;
public int increment() {
long stamp = lock.writeLock();
try {
return ++count;
} finally {
lock.unlockWrite(stamp);
}
}
public int get() {
long stamp = lock.tryOptimisticRead();
int c = count;
if (!lock.validate(stamp)) {
stamp = lock.readLock();
try {
c = count;
} finally {
lock.unlockRead(stamp);
}
}
return c;
}
}
在这个示例中，increment() 方法使用悲观读锁来确保写操作的原子性，而 get() 方法则使用乐观读来提高读操作的并发性。
结论
StampedLock 是 Java 1.8 中引入的一款功能强大的锁机制，它通过悲观读和乐观读的机制，提供了一种更加灵活和高效的同步方式。在读操作远多于写操作或写操作不会频繁修改共享资源的场景下，StampedLock 可以显著提高并发性能和降低写延迟。随着并发编程场景的不断增加，StampedLock 将发挥越来越重要的作用。
