美团面试官:有没有比读写锁更快的锁?
面试三连
面试官:了解锁吗?
小明:了解,还经常用过。
面试官:说说synchronized和lock的区别吧
小明:synchronized是可重入锁,由于lock是一个接口,重入性取决于实现,synchronized不支持中断,而lock可以。。。。。。。。。。。。。。。。
面试官:好了,那有没有比这两种锁更快的锁呢?
小明:在读多写少的情况下,读写锁比他们的效率更高。
面试官:那有没有比读写锁更快的锁呢?
小明:。。。。。。。。。。
我靠,问的这么深的吗?小明当时就蒙蔽了,因为它项目中使用比较多的就是synchronized,读写锁都很少用到,因为很少牵扯到多线程问题,这个面试让他知道了多线程的重要性。
什么是读写锁
读写锁:允许多个线程同时读,但是只允许一个线程写,在线程获取到写锁的时候,其他写操作和读操作都会处于阻塞状态,读锁和写锁也是互斥的,所以在读的时候是不允许写的,那如何实现一个读写锁呢?
读写锁比传统的synchronized速度要快很多,原因就是在于读写锁支持读并发,而synchronized要求所有操作都是串行化,举个例子,我需要查询某个用户的基本信息,这些信息很少发生变化,所以我们会将这部分信息存放到缓存中,我们的查询操作为:
按照上面流程图,如果使用synchronized的时候,查询缓存都会阻塞,但是使用读写锁,查询缓存时并发的,查询数据库是阻塞的,所以,读写锁在读多写少的情况下,性能明显要优于synchronized。
人类的文明在进步,java也在进步,对知识的渴望也在不断的增加,所以我们就不断的在想这么一个问题,读写锁的读和写是互斥,那我们能不能做到读和写支持并发呢?
StampedLock横空出世
StampedLock其实是对读写锁的一种改进,它支持在读同时进行一个写操作,也就是说,它的性能将会比读写锁更快。
更通俗的讲就是在读锁没有释放的时候是可以获取到一个写锁,获取到写锁之后,读锁阻塞,这一点和读写锁一致,唯一的区别在于读写锁不支持在没有释放读锁的时候获取写锁。
StampedLock三种模式
悲观读:与读写锁的读写类似,允许多个线程获取悲观读锁
写锁:与读写锁的写锁类似,写锁和悲观读是互斥的。
乐观读:无锁机制,类似于数据库中的乐观锁,它支持在不是放写锁的时候是可以获取到一个写锁的,这点和读写锁不同。
基本语法
我们先来看看悲观读于与写锁的基本语法
//获取悲观读 long stamp = lock.readLock(); try{ String info = mapCache.get(name); if(null != info){ return info; } }finally { //释放悲观读 lock.unlock(stamp); } //获取写锁 stamp = lock.writeLock(); try{ //判断一下缓存中是否被插入了数据 String info = mapCache.get(name); if(null != info){ return info; } //这里是往数据库获取数据 String infoByDb = mapDb.get(name); //将数据插入缓存 mapCache.put(name,infoByDb); }finally { //释放写锁 lock.unlock(stamp); }
我们看到,StampedLock语法和读写锁ReentrantReadWriteLock有了一点点区别,
获取锁的返回值:
StampedLock:long
ReentrantReadWriteLock:Lock
释放锁的方式:
StampedLock:unlock(stamp),需要传入获取锁返回的那个long值。
ReentrantReadWriteLock:unlock(),直接调用unlock方法即可。
StampedLock完整的demo
package com.ymy.test; import java.util.HashMap; import java.util.Map; import java.util.concurrent.locks.StampedLock; public class StampedLockTest { private static final StampedLock lock = new StampedLock(); //缓存中存储的数据 private static Map<String,String> mapCache = new HashMap<String, String>(); //模拟数据库存储的数据 private static Map<String,String> mapDb = new HashMap<String, String>(); static { mapDb.put("zhangsan","你好,我是张三"); mapDb.put("sili","你好,我是李四"); } private static String getInfo(String name){ //获取悲观读 long stamp = lock.readLock(); try{ String info = mapCache.get(name); if(null != info){ System.out.println("在缓存中获取到了数据"); return info; } }finally { //释放悲观读 lock.unlock(stamp); } //获取写锁 stamp = lock.writeLock(); try{ //判断一下缓存中是否被插入了数据 String info = mapCache.get(name); if(null != info){ System.out.println("获取到了写锁,再次确认在缓存中获取到了数据"); return info; } //这里是往数据库获取数据 String infoByDb = mapDb.get(name); //讲数据插入缓存 mapCache.put(name,infoByDb); System.out.println("缓存中没有数据,在数据库获取到了数据"); }finally { //释放写锁 lock.unlock(stamp); } return null; } public static void main(String[] args) { //线程1 Thread t1 = new Thread(() ->{ getInfo("zhangsan"); }); //线程2 Thread t2 = new Thread(() ->{ getInfo("zhangsan"); }); //线程启动 t1.start(); t2.start(); //线程同步 try { t1.join(); t2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
这是悲观读+写锁的使用方式,达到的效果与读写锁(ReentrantReadWriteLock) 是一样的,我们一起来验证一下,我将代码稍微做了一点改动,打印了两个线程的执行日志,同时当调用线程是zhangsan的时候休眠三秒,目的是为了看lisi的线程能否成功的获取到写锁,代码如下:
package com.ymy.test; import java.util.HashMap; import java.util.Map; import java.util.concurrent.locks.StampedLock; import java.util.logging.Logger; public class StampedLockTest { private static Logger log = Logger.getLogger(StampedLockTest.class.getName()); private static final StampedLock lock = new StampedLock(); //缓存中存储的数据 private static Map<String,String> mapCache = new HashMap<String, String>(); //模拟数据库存储的数据 private static Map<String,String> mapDb = new HashMap<String, String>(); static { mapDb.put("zhangsan","你好,我是张三"); mapDb.put("sili","你好,我是李四"); } private static String getInfo(String name){ //获取悲观读 long stamp = lock.readLock(); log.info("线程名:"+Thread.currentThread().getName()+" 获取了悲观读锁" +" 用户名:"+name); try{ if("zhangsan".equals(name)){ log.info("线程名:"+Thread.currentThread().getName()+" 休眠中" +" 用户名:"+name); Thread.sleep(3000); log.info("线程名:"+Thread.currentThread().getName()+" 休眠结束" +" 用户名:"+name); } String info = mapCache.get(name); if(null != info){ log.info("在缓存中获取到了数据"); return info; } } catch (InterruptedException e) { log.info("线程名:"+Thread.currentThread().getName()+" 释放了悲观读锁"); e.printStackTrace(); } finally { //释放悲观读 lock.unlock(stamp); } //获取写锁 stamp = lock.writeLock(); log.info("线程名:"+Thread.currentThread().getName()+" 获取了写锁" +" 用户名:"+name); try{ //判断一下缓存中是否被插入了数据 String info = mapCache.get(name); if(null != info){ log.info("获取到了写锁,再次确认在缓存中获取到了数据"); return info; } //这里是往数据库获取数据 String infoByDb = mapDb.get(name); //讲数据插入缓存 mapCache.put(name,infoByDb); log.info("缓存中没有数据,在数据库获取到了数据"); }finally { //释放写锁 log.info("线程名:"+Thread.currentThread().getName()+" 释放了写锁" +" 用户名:"+name); lock.unlock(stamp); } return null; } public static void main(String[] args) { //线程1 Thread t1 = new Thread(() ->{ getInfo("zhangsan"); }); //线程2 Thread t2 = new Thread(() ->{ getInfo("lisi"); }); //线程启动 t1.start(); t2.start(); //线程同步 try { t1.join(); t2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
如果在zhansan的线程休眠阶段李四的线程获取到了写锁,那么代表悲观读和写锁不是互斥的,反之互斥,请看代码运行结果:
三月 29, 2020 11:30:58 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo 信息: 线程名:Thread-2 获取了悲观读锁 用户名:lisi 三月 29, 2020 11:30:58 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo 信息: 线程名:Thread-1 获取了悲观读锁 用户名:zhangsan 三月 29, 2020 11:30:58 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo 信息: 线程名:Thread-1 休眠中 用户名:zhangsan 三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo 信息: 线程名:Thread-1 休眠结束 用户名:zhangsan 三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo 信息: 线程名:Thread-1 获取了写锁 用户名:zhangsan 三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo 信息: 缓存中没有数据,在数据库获取到了数据 三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo 信息: 线程名:Thread-1 释放了写锁 用户名:zhangsan 三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo 信息: 线程名:Thread-2 获取了写锁 用户名:lisi 三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo 信息: 缓存中没有数据,在数据库获取到了数据 三月 29, 2020 11:31:01 上午 com.ymy.test.StampedLockTest getInfo 信息: 线程名:Thread-2 释放了写锁 用户名:lisi
我们仔细看打印日志的输出时间, 11:30:58 lisi和zhangsan都获取到了悲观读锁,并且zhangsan开始休眠,然后11:31:01的时候休眠结束,zhangsan获取到了写锁,所以悲观读与写锁肯定是互斥的,那这样的效率不是和读写锁一样吗?为什么说它比读写锁更快呢?这不是矛盾吗?
客官,别急啊,要记住精彩的永远在最后,StampedLock特锁模式我们只用了其中的两个,还有一个没有出场呢,下面我们来看看乐观读。
让StampedLock性能更上一楼的乐观读
乐观读并不是一种锁,所以请不要和悲观读联系在一起,它是一种无锁机制,相当于java的原子类操作,所以理论上性能会比读写锁(ReentrantReadWriteLock)更快一点,但不绝对。
当乐观读读取了成员变量的时候,需要将变量赋值给局部变量,然后再判断程序运行期间是否存在写锁,如果存在,升级为悲观读。
我们一起来看一下乐观读的实现:
package com.ymy.test; import java.util.concurrent.locks.StampedLock; public class NumSumTest { private static final StampedLock lock = new StampedLock(); private static int num1 = 1; private static int num2 = 1; /** * 修改成员变量的值,+1 * * @return */ private static int sum() { System.out.println("求和方法被执行了"); //获取乐观读 long stamp = lock.tryOptimisticRead(); int cnum1 = num1; int cnum2 = num2; System.out.println("获取到的成员变量值,cnum1:" + cnum1 + " cnum2:" + cnum2); try { //休眠3秒,目的是为了让其他线程修改掉成员变量的值。 Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //判断在运行期间是否存在写操作 true:不存在 false:存在 if (!lock.validate(stamp)) { System.out.println("存在写操作!"); //存在写锁 //升级悲观读锁 stamp = lock.readLock(); try { System.out.println("升级悲观读锁"); cnum1 = num1; cnum2 = num2; System.out.println("重新获取了成员变量的值=========== cnum1="+cnum1 +" cnum2="+cnum2); } finally { //释放悲观读锁 lock.unlock(stamp); } } return cnum1 + cnum2; } //使用写锁修改成员变量的值 private static void updateNum() { long stamp = lock.writeLock(); try { num1 = 2; num2 = 2; } finally { lock.unlock(stamp); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread t1 = new Thread(() -> { int sum = sum(); System.out.println("求和结果:" + sum); }); t1.start(); //休眠1秒,目的为了让线程t1能执行到获取成员变量之后 Thread.sleep(1000); updateNum(); t1.join(); System.out.println("执行完毕"); } }
解释代码,定义了两个成员变量,让后利用t1线程去计算两个成员变量的和,为了能体现出乐观读的效果,我在sum()中休眠了3秒,目的是让main主线程去修改掉成员变量的值,main函数中的休眠是为了让t1线程能准确地执行到读取成员变量阶段。
我们来看看执行的结果:
求和方法被执行了 获取到的成员变量值,cnum1:1 cnum2:1 存在写操作! 升级悲观读锁 重新获取了成员变量的值=========== cnum1=2 cnum2=2 求和结果:4 执行完毕
我们发现,t1首先读取了两个成员变量的值,然后发现了存在写操作,那是因为main函数利用写锁修改了两个成员变量的值,这个时候升级为了悲观读,再次获取成员变量的值,然后再计算两个值的和,为什么要升级悲观读锁呢?因为再文章开头的时候说过悲观读锁与写锁互斥,悲观读锁之前并行,所以乐观读升级到悲观读锁之后再获取一次成员变量,可以保证再当前悲观读锁中数据是线程安全的。
你了解乐观读的应用场景吗
乐观读并不是StampedLock的专利,有很多地方都使用到了乐观读,比如数据库的乐观锁悲观锁,java并发工具的原子类工具。
数据库悲观锁与乐观锁可以参考:mysql:悲观锁与乐观锁
java 并发工具原子类参考:java并发编程:CAS(Compare and Swap)
使用StampedLock的注意事项
1.StampedLock属于ReadWriteLock的子类,ReentrantReadWriteLock也是属于ReadWriteLock的子类,你们发现他们的区别了吗?看名字就能看出来StampedLock不支持重入锁。
2.它适用于读多写少的情况,如果不是这中情况,请慎用,性能可能还不如synchronized。
3.StampedLock的悲观读锁、写锁不支持条件变量。
4.千万不能中断阻塞的悲观读锁或写锁,如果调用阻塞线程的interrupt(),会导致cpu飙升,如果希望StampedLock支持中断操作,请使用readLockInterruptibly(悲观读锁)与writeLockInterruptibly(写锁)。
总结
在读多写少的情况下推荐使用StampedLock,因为它的乐观读,性能比读写锁提升了很多,但是再其他应用场景中,使用它还需要慎重。
乐观读支持并发一个写锁,而悲观读和写锁互斥,所以在使用过程中,我们可以先使用乐观读。然后判断是否存在写锁,如果存在,可以升级悲观读锁,由于悲观读锁和写锁的互斥性,他能保证线程的安全性问题,如果小明再平时的时候多看看我的博客的话,可能就不会被这个问题难住了。
感谢各位靓仔/靓女的观看!
来源:https://maimai.cn/article/detail?fid=1444664024&efid=gsYAId7hc_b4dfqV_Hau_w&use_rn=1
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