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第50篇:死磕 java同步系列之StampedLock源码解析

问题

(1)StampedLock是什么?

(2)StampedLock具有什么特性?

(3)StampedLock是否支持可重入?

(4)StampedLock与ReentrantReadWriteLock的对比?

简介

StampedLock是java8中新增的类,它是一个更加高效的读写锁的实现,而且它不是基于AQS来实现的,它的内部自成一片逻辑,让我们一起来学习吧。

StampedLock具有三种模式:写模式、读模式、乐观读模式。

ReentrantReadWriteLock中的读和写都是一种悲观锁的体现,StampedLock加入了一种新的模式——乐观读,它是指当乐观读时假定没有其它线程修改数据,读取完成后再检查下版本号有没有变化,没有变化就读取成功了,这种模式更适用于读多写少的场景。

使用方法

让我们通过下面的例子了解一下StampedLock三种模式的使用方法:

  class Point {
        private double x, y;
        private final StampedLock sl = new StampedLock();

        void move(double deltaX, double deltaY) {
            // 获取写锁,返回一个版本号(戳)
            long stamp = sl.writeLock();
            try {
                x += deltaX;
                y += deltaY;
            } finally {
                // 释放写锁,需要传入上面获取的版本号
                sl.unlockWrite(stamp);
            }
        }

        double distanceFromOrigin() {
            // 乐观读
            long stamp = sl.tryOptimisticRead();
            double currentX = x, currentY = y;
            // 验证版本号是否有变化
            if (!sl.validate(stamp)) {
                // 版本号变了,乐观读转悲观读
                stamp = sl.readLock();
                try {
                    // 重新读取x、y的值
                    currentX = x;
                    currentY = y;
                } finally {
                    // 释放读锁,需要传入上面获取的版本号
                    sl.unlockRead(stamp);
                }
            }
            return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
        }

        void moveIfAtOrigin(double newX, double newY) {
            // 获取悲观读锁
            long stamp = sl.readLock();
            try {
                while (x == 0.0 && y == 0.0) {
                    // 转为写锁
                    long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp);
                    // 转换成功
                    if (ws != 0L) {
                        stamp = ws;
                        x = newX;
                        y = newY;
                        break;
                    }
                    else {
                        // 转换失败
                        sl.unlockRead(stamp);
                        // 获取写锁
                        stamp = sl.writeLock();
                    }
                }
            } finally {
                // 释放锁
                sl.unlock(stamp);
            }
        }
    }

从上面的例子我们可以与ReentrantReadWriteLock进行对比:

(1)写锁的使用方式基本一对待;

(2)读锁(悲观)的使用方式可以进行升级,通过tryConvertToWriteLock()方式可以升级为写锁;

(3)乐观读锁是一种全新的方式,它假定数据没有改变,乐观读之后处理完业务逻辑再判断版本号是否有改变,如果没改变则乐观读成功,如果有改变则转化为悲观读锁重试;

下面我们一起来学习它的源码是怎么实现的。

源码分析

主要内部类

  static final class WNode {
        // 前一个节点
        volatile WNode prev;
        // 后一个节点
        volatile WNode next;
        // 读线程所用的链表(实际是一个栈结果)
        volatile WNode cowait;    // list of linked readers
        // 阻塞的线程
        volatile Thread thread;   // non-null while possibly parked
        // 状态
        volatile int status;      // 0, WAITING, or CANCELLED
        // 读模式还是写模式
        final int mode;           // RMODE or WMODE
        WNode(int m, WNode p) { mode = m; prev = p; }
    }

队列中的节点,类似于AQS队列中的节点,可以看到它组成了一个双向链表,内部维护着阻塞的线程。

主要属性

  // 一堆常量
    // 读线程的个数占有低7位
    private static final int LG_READERS = 7;
    // 读线程个数每次增加的单位
    private static final long RUNIT = 1L;
    // 写线程个数所在的位置
    private static final long WBIT  = 1L << LG_READERS;  // 128 = 1000 0000
    // 读线程个数所在的位置
    private static final long RBITS = WBIT - 1L;  // 127 = 111 1111
    // 最大读线程个数
    private static final long RFULL = RBITS - 1L;  // 126 = 111 1110
    // 读线程个数和写线程个数的掩码
    private static final long ABITS = RBITS | WBIT;  // 255 = 1111 1111
    // 读线程个数的反数,高25位全部为1
    private static final long SBITS = ~RBITS;  // -128 = 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000

    // state的初始值
    private static final long ORIGIN = WBIT << 1;  // 256 = 1 0000 0000
    // 队列的头节点
    private transient volatile WNode whead;
    // 队列的尾节点
    private transient volatile WNode wtail;
    // 存储着当前的版本号,类似于AQS的状态变量state
    private transient volatile long state;

通过属性可以看到,这是一个类似于AQS的结构,内部同样维护着一个状态变量state和一个CLH队列。

构造方法

  public StampedLock() {
        state = ORIGIN;
    }

state的初始值为ORIGIN(256),它的二进制是 1 0000 0000,也就是初始版本号。

writeLock()方法

获取写锁。

  public long writeLock() {
        long s, next;
        // ABITS = 255 = 1111 1111
        // WBITS = 128 = 1000 0000
        // state与ABITS如果等于0,尝试原子更新state的值加WBITS
        // 如果成功则返回更新的值,如果失败调用acquireWrite()方法
        return ((((s = state) & ABITS) == 0L &&
                 U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, next = s + WBIT)) ?
                next : acquireWrite(false, 0L));
    }

我们以state等于初始值为例,则state & ABITS的结果为:

zhistampedlockyuanmajiexi_1.png

此时state为初始状态,与ABITS与运算后的值为0,所以执行后面的CAS方法,s + WBITS的值为384 = 1 1000 0000。

到这里我们大胆猜测:state的高24位存储的是版本号,低8位存储的是是否有加锁,第8位存储的是写锁,低7位存储的是读锁被获取的次数,而且如果只有第8位存储写锁的话,那么写锁只能被获取一次,也就不可能重入了。

到底我们猜测的对不对呢,走着瞧^^

我们接着来分析acquireWrite()方法:

(手机横屏看源码更方便)

  private long acquireWrite(boolean interruptible, long deadline) {
        // node为新增节点,p为尾节点(即将成为node的前置节点)
        WNode node = null, p;

        // 第一次自旋——入队
        for (int spins = -1;;) { // spin while enqueuing
            long m, s, ns;
            // 再次尝试获取写锁
            if ((m = (s = state) & ABITS) == 0L) {
                if (U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, ns = s + WBIT))
                    return ns;
            }
            else if (spins < 0)
                // 如果自旋次数小于0,则计算自旋的次数
                // 如果当前有写锁独占且队列无元素,说明快轮到自己了
                // 就自旋就行了,如果自旋完了还没轮到自己才入队
                // 则自旋次数为SPINS常量
                // 否则自旋次数为0
                spins = (m == WBIT && wtail == whead) ? SPINS : 0;
            else if (spins > 0) {
                // 当自旋次数大于0时,当前这次自旋随机减一次自旋次数
                if (LockSupport.nextSecondarySeed() >= 0)
                    --spins;
            }
            else if ((p = wtail) == null) {
                // 如果队列未初始化,新建一个空节点并初始化头节点和尾节点
                WNode hd = new WNode(WMODE, null);
                if (U.compareAndSwapObject(this, WHEAD, null, hd))
                    wtail = hd;
            }
            else if (node == null)
                // 如果新增节点还未初始化,则新建之,并赋值其前置节点为尾节点
                node = new WNode(WMODE, p);
            else if (node.prev != p)
                // 如果尾节点有变化,则更新新增节点的前置节点为新的尾节点
                node.prev = p;
            else if (U.compareAndSwapObject(this, WTAIL, p, node)) {
                // 尝试更新新增节点为新的尾节点成功,则退出循环
                p.next = node;
                break;
            }
        }

        // 第二次自旋——阻塞并等待唤醒
        for (int spins = -1;;) {
            // h为头节点,np为新增节点的前置节点,pp为前前置节点,ps为前置节点的状态
            WNode h, np, pp; int ps;
            // 如果头节点等于前置节点,说明快轮到自己了
            if ((h = whead) == p) {
                if (spins < 0)
                    // 初始化自旋次数
                    spins = HEAD_SPINS;
                else if (spins < MAX_HEAD_SPINS)
                    // 增加自旋次数
                    spins <<= 1;

                // 第三次自旋,不断尝试获取写锁
                for (int k = spins;;) { // spin at head
                    long s, ns;
                    if (((s = state) & ABITS) == 0L) {
                        if (U.compareAndSwapLong(this, STATE, s,
                                                 ns = s + WBIT)) {
                            // 尝试获取写锁成功,将node设置为新头节点并清除其前置节点(gc)
                            whead = node;
                            node.prev = null;
                            return ns;
                        }
                    }
                    // 随机立减自旋次数,当自旋次数减为0时跳出循环再重试
                    else if (LockSupport.nextSecondarySeed() >= 0 &&
                             --k <= 0)
                        break;
                }
            }
            else if (h != null) { // help release stale waiters
                // 这段代码很难进来,是用于协助唤醒读节点的
                // 我是这么调试进来的:
                // 起三个写线程,两个读线程
                // 写线程1获取锁不要释放
                // 读线程1获取锁,读线程2获取锁(会阻塞)
                // 写线程2获取锁(会阻塞)
                // 写线程1释放锁,此时会唤醒读线程1
                // 在读线程1里面先不要唤醒读线程2
                // 写线程3获取锁,此时就会走到这里来了
                WNode c; Thread w;
                // 如果头节点的cowait链表(栈)不为空,唤醒里面的所有节点
                while ((c = h.cowait) != null) {
                    if (U.compareAndSwapObject(h, WCOWAIT, c, c.cowait) &&
                        (w = c.thread) != null)
                        U.unpark(w);
                }
            }

            // 如果头节点没有变化
            if (whead == h) {
                // 如果尾节点有变化,则更新
                if ((np = node.prev) != p) {
                    if (np != null)
                        (p = np).next = node;   // stale
                }
                else if ((ps = p.status) == 0)
                    // 如果尾节点状态为0,则更新成WAITING
                    U.compareAndSwapInt(p, WSTATUS, 0, WAITING);
                else if (ps == CANCELLED) {
                    // 如果尾节点状态为取消,则把它从链表中删除
                    if ((pp = p.prev) != null) {
                        node.prev = pp;
                        pp.next = node;
                    }
                }
                else {
                    // 有超时时间的处理
                    long time; // 0 argument to park means no timeout
                    if (deadline == 0L)
                        time = 0L;
                    else if ((time = deadline - System.nanoTime()) <= 0L)
                        // 已超时,剔除当前节点
                        return cancelWaiter(node, node, false);
                    // 当前线程
                    Thread wt = Thread.currentThread();
                    U.putObject(wt, PARKBLOCKER, this);
                    // 把node的线程指向当前线程
                    node.thread = wt;
                    if (p.status < 0 && (p != h || (state & ABITS) != 0L) &&
                        whead == h && node.prev == p)
                        // 阻塞当前线程
                        U.park(false, time);  // 等同于LockSupport.park()

                    // 当前节点被唤醒后,清除线程
                    node.thread = null;
                    U.putObject(wt, PARKBLOCKER, null);
                    // 如果中断了,取消当前节点
                    if (interruptible && Thread.interrupted())
                        return cancelWaiter(node, node, true);
                }
            }
        }
    }

这里对acquireWrite()方法做一个总结,这个方法里面有三段自旋逻辑:

第一段自旋——入队:

(1)如果头节点等于尾节点,说明没有其它线程排队,那就多自旋一会,看能不能尝试获取到写锁;

(2)否则,自旋次数为0,直接让其入队;

第二段自旋——阻塞并等待被唤醒 + 第三段自旋——不断尝试获取写锁:

(1)第三段自旋在第二段自旋内部;

(2)如果头节点等于前置节点,那就进入第三段自旋,不断尝试获取写锁;

(3)否则,尝试唤醒头节点中等待着的读线程;

(4)最后,如果当前线程一直都没有获取到写锁,就阻塞当前线程并等待被唤醒;

这么一大段逻辑看着比较闹心,其实真正分解下来还是比较简单的,无非就是自旋,把很多状态的处理都糅合到一个for循环里面处理了。

unlockWrite()方法

释放写锁。

  public void unlockWrite(long stamp) {
        WNode h;
        // 检查版本号对不对
        if (state != stamp || (stamp & WBIT) == 0L)
            throw new IllegalMonitorStateException();
        // 这行代码实际有两个作用:
        // 1. 更新版本号加1
        // 2. 释放写锁
        // stamp + WBIT实际会把state的第8位置为0,也就相当于释放了写锁
        // 同时会进1,也就是高24位整体加1了
        state = (stamp += WBIT) == 0L ? ORIGIN : stamp;
        // 如果头节点不为空,并且状态不为0,调用release方法唤醒它的下一个节点
        if ((h = whead) != null && h.status != 0)
            release(h);
    }
    private void release(WNode h) {
        if (h != null) {
            WNode q; Thread w;
            // 将其状态改为0
            U.compareAndSwapInt(h, WSTATUS, WAITING, 0);
            // 如果头节点的下一个节点为空或者其状态为已取消
            if ((q = h.next) == null || q.status == CANCELLED) {
                // 从尾节点向前遍历找到一个可用的节点
                for (WNode t = wtail; t != null && t != h; t = t.prev)
                    if (t.status <= 0)
                        q = t;
            }
            // 唤醒q节点所在的线程
            if (q != null && (w = q.thread) != null)
                U.unpark(w);
        }
    }

写锁的释放过程比较简单:

(1)更改state的值,释放写锁;

(2)版本号加1;

(3)唤醒下一个等待着的节点;

readLock()方法

获取读锁。

  public long readLock() {
        long s = state, next;  // bypass acquireRead on common uncontended case
        // 没有写锁占用,并且读锁被获取的次数未达到最大值
        // 尝试原子更新读锁被获取的次数加1
        // 如果成功直接返回,如果失败调用acquireRead()方法
        return ((whead == wtail && (s & ABITS) < RFULL &&
                 U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, next = s + RUNIT)) ?
                next : acquireRead(false, 0L));
    }

获取读锁的时候先看看现在有没有其它线程占用着写锁,如果没有的话再检测读锁被获取的次数有没有达到最大,如果没有的话直接尝试获取一次读锁,如果成功了直接返回版本号,如果没成功就调用acquireRead()排队。

下面我们一起来看看acquireRead()方法,这又是一个巨长无比的方法,请保持耐心,我们一步步来分解:

(手机横屏看源码更方便)

  private long acquireRead(boolean interruptible, long deadline) {
        // node为新增节点,p为尾节点
        WNode node = null, p;
        // 第一段自旋——入队
        for (int spins = -1;;) {
            // 头节点
            WNode h;
            // 如果头节点等于尾节点
            // 说明没有排队的线程了,快轮到自己了,直接自旋不断尝试获取读锁
            if ((h = whead) == (p = wtail)) {
                // 第二段自旋——不断尝试获取读锁
                for (long m, s, ns;;) {
                    // 尝试获取读锁,如果成功了直接返回版本号
                    if ((m = (s = state) & ABITS) < RFULL ?
                        U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, ns = s + RUNIT) :
                        (m < WBIT && (ns = tryIncReaderOverflow(s)) != 0L))
                        // 如果读线程个数达到了最大值,会溢出,返回的是0
                        return ns;
                    else if (m >= WBIT) {
                        // m >= WBIT表示有其它线程先一步获取了写锁
                        if (spins > 0) {
                            // 随机立减自旋次数
                            if (LockSupport.nextSecondarySeed() >= 0)
                                --spins;
                        }
                        else {
                            // 如果自旋次数为0了,看看是否要跳出循环
                            if (spins == 0) {
                                WNode nh = whead, np = wtail;
                                if ((nh == h && np == p) || (h = nh) != (p = np))
                                    break;
                            }
                            // 设置自旋次数
                            spins = SPINS;
                        }
                    }
                }
            }
            // 如果尾节点为空,初始化头节点和尾节点
            if (p == null) { // initialize queue
                WNode hd = new WNode(WMODE, null);
                if (U.compareAndSwapObject(this, WHEAD, null, hd))
                    wtail = hd;
            }
            else if (node == null)
                // 如果新增节点为空,初始化之
                node = new WNode(RMODE, p);
            else if (h == p || p.mode != RMODE) {
                // 如果头节点等于尾节点或者尾节点不是读模式
                // 当前节点入队
                if (node.prev != p)
                    node.prev = p;
                else if (U.compareAndSwapObject(this, WTAIL, p, node)) {
                    p.next = node;
                    break;
                }
            }
            else if (!U.compareAndSwapObject(p, WCOWAIT,
                                             node.cowait = p.cowait, node))
                // 接着上一个elseif,这里肯定是尾节点为读模式了
                // 将当前节点加入到尾节点的cowait中,这是一个栈
                // 上面的CAS成功了是不会进入到这里来的
                node.cowait = null;
            else {
                // 第三段自旋——阻塞当前线程并等待被唤醒
                for (;;) {
                    WNode pp, c; Thread w;
                    // 如果头节点不为空且其cowait不为空,协助唤醒其中等待的读线程
                    if ((h = whead) != null && (c = h.cowait) != null &&
                        U.compareAndSwapObject(h, WCOWAIT, c, c.cowait) &&
                        (w = c.thread) != null) // help release
                        U.unpark(w);
                    // 如果头节点等待前前置节点或者等于前置节点或者前前置节点为空
                    // 这同样说明快轮到自己了
                    if (h == (pp = p.prev) || h == p || pp == null) {
                        long m, s, ns;
                        // 第四段自旋——又是不断尝试获取锁
                        do {
                            if ((m = (s = state) & ABITS) < RFULL ?
                                U.compareAndSwapLong(this, STATE, s,
                                                     ns = s + RUNIT) :
                                (m < WBIT &&
                                 (ns = tryIncReaderOverflow(s)) != 0L))
                                return ns;
                        } while (m < WBIT); // 只有当前时刻没有其它线程占有写锁就不断尝试
                    }
                    // 如果头节点未曾改变且前前置节点也未曾改
                    // 阻塞当前线程
                    if (whead == h && p.prev == pp) {
                        long time;
                        // 如果前前置节点为空,或者头节点等于前置节点,或者前置节点已取消
                        // 从第一个for自旋开始重试
                        if (pp == null || h == p || p.status > 0) {
                            node = null; // throw away
                            break;
                        }
                        // 超时检测
                        if (deadline == 0L)
                            time = 0L;
                        else if ((time = deadline - System.nanoTime()) <= 0L)
                            // 如果超时了,取消当前节点
                            return cancelWaiter(node, p, false);

                        // 当前线程
                        Thread wt = Thread.currentThread();
                        U.putObject(wt, PARKBLOCKER, this);
                        // 设置进node中
                        node.thread = wt;
                        // 检测之前的条件未曾改变
                        if ((h != pp || (state & ABITS) == WBIT) &&
                            whead == h && p.prev == pp)
                            // 阻塞当前线程并等待被唤醒
                            U.park(false, time);

                        // 唤醒之后清除线程
                        node.thread = null;
                        U.putObject(wt, PARKBLOCKER, null);
                        // 如果中断了,取消当前节点
                        if (interruptible && Thread.interrupted())
                            return cancelWaiter(node, p, true);
                    }
                }
            }
        }

        // 只有第一个读线程会走到下面的for循环处,参考上面第一段自旋中有一个break,当第一个读线程入队的时候break出来的

        // 第五段自旋——跟上面的逻辑差不多,只不过这里单独搞一个自旋针对第一个读线程
        for (int spins = -1;;) {
            WNode h, np, pp; int ps;
            // 如果头节点等于尾节点,说明快轮到自己了
            // 不断尝试获取读锁
            if ((h = whead) == p) {
                // 设置自旋次数
                if (spins < 0)
                    spins = HEAD_SPINS;
                else if (spins < MAX_HEAD_SPINS)
                    spins <<= 1;

                // 第六段自旋——不断尝试获取读锁
                for (int k = spins;;) { // spin at head
                    long m, s, ns;
                    // 不断尝试获取读锁
                    if ((m = (s = state) & ABITS) < RFULL ?
                        U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, ns = s + RUNIT) :
                        (m < WBIT && (ns = tryIncReaderOverflow(s)) != 0L)) {
                        // 获取到了读锁
                        WNode c; Thread w;
                        whead = node;
                        node.prev = null;
                        // 唤醒当前节点中所有等待着的读线程
                        // 因为当前节点是第一个读节点,所以它是在队列中的,其它读节点都是挂这个节点的cowait栈中的
                        while ((c = node.cowait) != null) {
                            if (U.compareAndSwapObject(node, WCOWAIT,
                                                       c, c.cowait) &&
                                (w = c.thread) != null)
                                U.unpark(w);
                        }
                        // 返回版本号
                        return ns;
                    }
                    // 如果当前有其它线程占有着写锁,并且没有自旋次数了,跳出当前循环
                    else if (m >= WBIT &&
                             LockSupport.nextSecondarySeed() >= 0 && --k <= 0)
                        break;
                }
            }
            else if (h != null) {
                // 如果头节点不等待尾节点且不为空且其为读模式,协助唤醒里面的读线程
                WNode c; Thread w;
                while ((c = h.cowait) != null) {
                    if (U.compareAndSwapObject(h, WCOWAIT, c, c.cowait) &&
                        (w = c.thread) != null)
                        U.unpark(w);
                }
            }

            // 如果头节点未曾变化
            if (whead == h) {
                // 更新前置节点及其状态等
                if ((np = node.prev) != p) {
                    if (np != null)
                        (p = np).next = node;   // stale
                }
                else if ((ps = p.status) == 0)
                    U.compareAndSwapInt(p, WSTATUS, 0, WAITING);
                else if (ps == CANCELLED) {
                    if ((pp = p.prev) != null) {
                        node.prev = pp;
                        pp.next = node;
                    }
                }
                else {
                    // 第一个读节点即将进入阻塞
                    long time;
                    // 超时设置
                    if (deadline == 0L)
                        time = 0L;
                    else if ((time = deadline - System.nanoTime()) <= 0L)
                        // 如果超时了取消当前节点
                        return cancelWaiter(node, node, false);
                    Thread wt = Thread.currentThread();
                    U.putObject(wt, PARKBLOCKER, this);
                    node.thread = wt;
                    if (p.status < 0 &&
                        (p != h || (state & ABITS) == WBIT) &&
                        whead == h && node.prev == p)
                        // 阻塞第一个读节点并等待被唤醒
                        U.park(false, time);
                    node.thread = null;
                    U.putObject(wt, PARKBLOCKER, null);
                    if (interruptible && Thread.interrupted())
                        return cancelWaiter(node, node, true);
                }
            }
        }
    }

读锁的获取过程比较艰辛,一共有六段自旋,Oh my god,让我们来大致地分解一下:

(1)读节点进来都是先判断是头节点如果等于尾节点,说明快轮到自己了,就不断地尝试获取读锁,如果成功了就返回;

(2)如果头节点不等于尾节点,这里就会让当前节点入队,这里入队又分成了两种;

(3)一种是首个读节点入队,它是会排队到整个队列的尾部,然后跳出第一段自旋;

(4)另一种是非第一个读节点入队,它是进入到首个读节点的cowait栈中,所以更确切地说应该是入栈;

(5)不管是入队还入栈后,都会再次检测头节点是不是等于尾节点了,如果相等,则会再次不断尝试获取读锁;

(6)如果头节点不等于尾节点,那么才会真正地阻塞当前线程并等待被唤醒;

(7)上面说的首个读节点其实是连续的读线程中的首个,如果是两个读线程中间夹了一个写线程,还是老老实实的排队。

自旋,自旋,自旋,旋转的木马,让我忘了伤^^

unlockRead()方法

释放读锁。

  public void unlockRead(long stamp) {
        long s, m; WNode h;
        for (;;) {
            // 检查版本号
            if (((s = state) & SBITS) != (stamp & SBITS) ||
                (stamp & ABITS) == 0L || (m = s & ABITS) == 0L || m == WBIT)
                throw new IllegalMonitorStateException();
            // 读线程个数正常
            if (m < RFULL) {
                // 释放一次读锁
                if (U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, s - RUNIT)) {
                    // 如果读锁全部都释放了,且头节点不为空且状态不为0,唤醒它的下一个节点
                    if (m == RUNIT && (h = whead) != null && h.status != 0)
                        release(h);
                    break;
                }
            }
            else if (tryDecReaderOverflow(s) != 0L)
                // 读线程个数溢出检测
                break;
        }
    }

    private void release(WNode h) {
        if (h != null) {
            WNode q; Thread w;
            // 将其状态改为0
            U.compareAndSwapInt(h, WSTATUS, WAITING, 0);
            // 如果头节点的下一个节点为空或者其状态为已取消
            if ((q = h.next) == null || q.status == CANCELLED) {
                // 从尾节点向前遍历找到一个可用的节点
                for (WNode t = wtail; t != null && t != h; t = t.prev)
                    if (t.status <= 0)
                        q = t;
            }
            // 唤醒q节点所在的线程
            if (q != null && (w = q.thread) != null)
                U.unpark(w);
        }
    }

读锁释放的过程就比较简单了,将state的低7位减1,当减为0的时候说明完全释放了读锁,就唤醒下一个排队的线程。

tryOptimisticRead()方法

乐观读。

  public long tryOptimisticRead() {
        long s;
        return (((s = state) & WBIT) == 0L) ? (s & SBITS) : 0L;
    }

如果没有写锁,就返回state的高25位,这里把写所在位置一起返回了,是为了后面检测数据有没有被写过。

validate()方法

检测乐观读版本号是否变化。

  public boolean validate(long stamp) {
        // 强制加入内存屏障,刷新数据
        U.loadFence();
        return (stamp & SBITS) == (state & SBITS);
    }

检测两者的版本号是否一致,与SBITS与操作保证不受读操作的影响。

变异的CLH队列

StampedLock中的队列是一种变异的CLH队列,图解如下:

zhistampedlockyuanmajiexi_2.png

总结

StampedLock的源码解析到这里就差不多了,让我们来总结一下:

(1)StampedLock也是一种读写锁,它不是基于AQS实现的;

(2)StampedLock相较于ReentrantReadWriteLock多了一种乐观读的模式,以及读锁转化为写锁的方法;

(3)StampedLock的state存储的是版本号,确切地说是高24位存储的是版本号,写锁的释放会增加其版本号,读锁不会;

(4)StampedLock的低7位存储的读锁被获取的次数,第8位存储的是写锁被获取的次数;

(5)StampedLock不是可重入锁,因为只有第8位标识写锁被获取了,并不能重复获取;

(6)StampedLock中获取锁的过程使用了大量的自旋操作,对于短任务的执行会比较高效,长任务的执行会浪费大量CPU;

(7)StampedLock不能实现条件锁;

彩蛋

StampedLock与ReentrantReadWriteLock的对比?

答:StampedLock与ReentrantReadWriteLock作为两种不同的读写锁方式,彤哥大致归纳了它们的异同点:

(1)两者都有获取读锁、获取写锁、释放读锁、释放写锁的方法,这是相同点;

(2)两者的结构基本类似,都是使用state + CLH队列;

(3)前者的state分成三段,高24位存储版本号、低7位存储读锁被获取的次数、第8位存储写锁被获取的次数;

(4)后者的state分成两段,高16位存储读锁被获取的次数,低16位存储写锁被获取的次数;

(5)前者的CLH队列可以看成是变异的CLH队列,连续的读线程只有首个节点存储在队列中,其它的节点存储的首个节点的cowait栈中;

(6)后者的CLH队列是正常的CLH队列,所有的节点都在这个队列中;

(7)前者获取锁的过程中有判断首尾节点是否相同,也就是是不是快轮到自己了,如果是则不断自旋,所以适合执行短任务;

(8)后者获取锁的过程中非公平模式下会做有限次尝试;

(9)前者只有非公平模式,一上来就尝试获取锁;

(10)前者唤醒读锁是一次性唤醒连续的读锁的,而且其它线程还会协助唤醒;

(11)后者是一个接着一个地唤醒的;

(12)前者有乐观读的模式,乐观读的实现是通过判断state的高25位是否有变化来实现的;

(13)前者各种模式可以互转,类似tryConvertToXxx()方法;

(14)前者写锁不可重入,后者写锁可重入;

(15)前者无法实现条件锁,后者可以实现条件锁;

差不多就这么多吧,如果你还能想到,也欢迎补充哦^^

作者:彤哥读源码

来源:https://www.cnblogs.com/tong-yuan/p/StampedLock.html


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标题:第50篇:死磕 java同步系列之StampedLock源码解析

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