什么锁比读写锁性能更高?

开发
乐观锁在 Java 中最常见的实现就是 atomic 家族下的类,例如 AtomicInteger、AtomicLong 等,它的核心方法中使用了 CAS 对比并替换进行变量的修改操作。

在并发编程中,读写锁 ReentrantReadWriteLock 的性能已经算是比较高的了,因为它将悲观锁的粒度分的更细,在它里面有读锁和写锁,当所有操作为读操作时,并发线程是可以共享读锁同时运行的,这样就无需排队执行了,所以执行效率也就更高。

那么问题来了,有没有比读写锁 ReentrantReadWriteLock 性能更高的锁呢?

答案是有的,在 Java 中,比 ReentrantReadWriteLock 性能更高的锁有以下两种:

  • 乐观锁:乐观锁是一种非阻塞锁机制,它是通过 Compare-And-Swap(CAS)对比并替换来进行数据的更改的,它假设多个线程(或进程)之间很少会发生冲突,因此不会加锁,只有在需要修改之后,通过对比并替换来修改共享变量的值,因此它在非高并发的环境下的性能是非常高的。
  • StampedLock:它是 JDK 8 中新增的锁类型,它提供了三种锁模式:读锁、写锁和乐观读锁。相较于 ReentrantReadWriteLock,StampedLock 提供了更细粒度的控制,支持乐观读取操作,可以提高并发性能。

1.乐观锁

乐观锁在 Java 中最常见的实现就是 atomic 家族下的类,例如 AtomicInteger、AtomicLong 等,它的核心方法中使用了 CAS 对比并替换进行变量的修改操作,如下源码所示:

public final int incrementAndGet() {
    return U.getAndAddInt(this, VALUE, 1) + 1;
}
public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
    int v;
    do {
        v = getIntVolatile(o, offset);
    } while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta)); // CAS 方法
    return v;
}

然而,如果是高并发环境下,那么乐观锁可以需要通过多次自旋才能成功修改变量的数据,这种场景下,乐观锁的性能可能就不如 ReentrantReadWriteLock 了。

2.StampedLock

StampedLock 有三种读写方法:

  • readLock:读锁,用于多线程并发读取共享资源。
  • writeLock:写锁,用于独占写入共享资源。
  • tryOptimisticRead:读乐观锁,用于在不阻塞其他线程的情况下尝试读取共享资源。

其中 readLock() 和 writeLock() 方法与 ReentrantReadWriteLock 的用法类似,而 tryOptimisticRead() 方法则是 StampedLock 引入的新方法,它用于非常短的读操作。

因此,我们在加锁时,可以使用性能更高的读乐观锁来替代传统的读锁,如果能加锁成功,则它可以和其他线程(即使是写操作)一起执行,也无需排队运行(传统读锁遇到写锁时需要排队执行),这样的话 StampedLock 的执行效率就会更高,它是使用如下:

// 创建 StampedLock 实例
StampedLock lock = new StampedLock();
// 获取乐观读锁
long stamp = lock.tryOptimisticRead(); 
// 读取共享变量
if (!lock.validate(stamp)) { // 检查乐观读锁是否有效
    stamp = lock.readLock(); // 如果乐观读锁无效,则获取悲观读锁
    try {
        // 重新读取共享变量
    } finally {
        lock.unlockRead(stamp); // 释放悲观读锁
    }
}

// 获取悲观读锁
long stamp = lock.readLock(); 
try {
    // 读取共享变量
} finally {
    lock.unlockRead(stamp); // 释放悲观读锁
}

// 获取写锁
long stamp = lock.writeLock(); 
try {
    // 写入共享变量
} finally {
    lock.unlockWrite(stamp); // 释放写锁
}

使用乐观读锁的特性可以提高读操作的并发性能,适用于读多写少的场景。如果乐观读锁获取后,在读取共享变量前发生了写入操作,则 validate 方法会返回 false,此时需要转换为悲观读锁或写锁重新访问共享变量。

责任编辑:赵宁宁 来源: Java中文社群
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