并发编程 | StampedLock工具类之乐观读锁 tryOptimisticRead

StampedLock提供三种模式的读写锁,分别为写锁、悲观读锁、乐观读锁
记忆口诀是写写互斥、读写互斥、读读共享

全面学习,请先阅读以下两篇文章
《并发编程 | StampedLock工具类之写锁解析 writeLock》
《并发编程 | StampedLock工具类之悲观读锁 readLock》

01.乐观读锁tryOptimisticRead

tryOptimisticRead通过名字来记忆很简单,try代表尝试,说明它是无阻塞的。Optimistic乐观的,Read代表读锁。

乐观锁认为数据不会轻易的被修改,因此在操作数据前并没有加锁(使用cas方式更新锁的状态),而是采用试探的方式,只要当前没有写锁就可以获得一个非0的stamp,如果已经存在写锁则返回一个为0的stamp。

由于没有使用cas方法,也没有真正的加锁,所以并发性能要比readLock还要高

但是由于没有使用真正的锁,如果数据中途被修改,就会造成数据不一致问题。

但是StampLock使用快照的方式,需要复制一份要操作的变量到方法栈,操作的数据只是一个快照,从而保证了数据的最终一致性。但是读线程可能使用的数据不是最新的

特别适用于读多写少的高并发场景

02.乐观读锁的使用
乐观读锁的使用要分为两步,第一步是试探,第二步是验证。
(如代码超出范围请横向滚动)

StampedLock sl = new StampedLock();
//尝试获取乐观读锁,由于当前没有任何线程,所以获取成功,获得非0的stamp
long stamp = sl.tryOptimisticRead();
System.out.println("获取乐观锁成功,stamp="+stamp);
//验证从获取乐观锁,到该运行点为止,锁是否发生过变化
if(sl.validate(stamp)){
    //没有发生过变化,继续运行
    System.out.println("验证乐观锁成功,sl.validate(stamp)="+true);
}

运行结果

获取乐观锁成功,stamp=256
验证乐观锁成功,sl.validate(stamp)=true

说明
tryOptimisticRead与validate一定要紧紧挨着使用,否则在获取和验证之间很可能数据被修改。
如果这期间锁发生变化则validate返回false,否则返回true。
原理很简单,就是我先尝试获取,这时候没有写锁我就拿到了一个锁,在我真正要使用的时候我再验证一下是否发生了改变,如果没有发生改变就可以安心使用。

03.乐观读锁不阻塞
如果某个线程已经获取了写锁,这时候再尝试获取乐观锁也是可以获取的,只是得到的stamp为0,无法通过validate验证。
(如代码超出范围请横向滚动)

StampedLock sl = new StampedLock();
long wstamp = sl.writeLock();
System.out.println("获取写锁成功,stamp="+wstamp);
//尝试获取乐观读锁,由于当前没有任何线程,所以获取成功,获得非0的stamp
long stamp = sl.tryOptimisticRead();
System.out.println("获取乐观锁失败,stamp="+stamp);
//验证从获取乐观锁,到该运行点为止,锁是否发生过变化
boolean validate = sl.validate(stamp);
if(validate){
    //没有发生过变化,继续运行
    System.out.println("验证乐观读锁失败,sl.validate(stamp)="+validate);
}else{
    System.out.println("验证乐观读锁成功,sl.validate(stamp)="+validate);
}
sl.unlockWrite(wstamp);
System.out.println("释放写锁成功,stamp="+wstamp);

运行结果

获取写锁成功,stamp=384
获取乐观锁失败,stamp=0
验证乐观读锁成功,sl.validate(stamp)=false
释放写锁成功,stamp=384

说明
虽然已经有线程已经获取了读锁,并且获取乐观锁也会失败,但是方法并不会阻塞。

04.乐观读锁不阻塞
如果某个线程已经获取了写锁,这时候再尝试获取乐观锁也是可以获取的,只是得到的stamp为0,无法通过validate验证。
(如代码超出范围请横向滚动)

StampedLock sl = new StampedLock();
//尝试获取乐观读锁,由于当前没有任何线程,所以获取成功,获得非0的stamp
long stamp = sl.tryOptimisticRead();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" tryOptimisticRead stamp="+stamp);
new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" run");
        //获取写锁成功,因为乐观读锁本质上并不加锁。
        long stamp131 = sl.writeLock();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" get write lock1,stamp="+stamp131);
        //释放写锁
        sl.unlockWrite(stamp131);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" unlock write lock1,stamp="+stamp131);
    }
}).start();
//睡眠3秒钟,让线程Thread-0先执行起来。
Thread.sleep(3000);
//验证stamp是否发生过变化,此处由于写锁导致数据已经发生变化,所以stamp验证为false
boolean validate = sl.validate(stamp);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" tryOptimisticRead validate="+validate);
//此时写锁已经释放,再次尝试获取乐观读锁
stamp = sl.tryOptimisticRead();
//验证stamp没有发生变化,返回true
validate = sl.validate(stamp);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" tryOptimisticRead validate="+validate);

输出结果

main tryOptimisticRead stamp=256
Thread-0 run
Thread-0 get write lock1,stamp=384
Thread-0 unlock write lock1,stamp=384
...此处睡眠3秒...
main tryOptimisticRead validate=false
main tryOptimisticRead validate=true

说明
如果因为其他线程增加写锁,则会导致stamp发生变化,从而validate失败。这种情况下需要重新获取乐观读锁。

05.总结
乐观读锁本质上并未加锁,而是提供了获取和检测的方法,由程序人员来控制该做些什么。

虽然性能大大提升,但是却增加了开发人员的复杂度,如果不是特别高的并发场景,对性能不要求极致,可以不考虑使用。

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