ReentrantReadWriteLock
我们来探讨一下java.concurrent.util包下的另一个锁，叫做ReentrantReadWriteLock，也叫读写锁。
实际项目中常常有这样一种场景：
比如有一个共享资源叫做Some Data，多个线程去操作Some Data，这个操作有读操作也有写操作，并且是读多写少的，那么在没有写操作的时候，多个线程去读Some Data是不会有线程安全问题的，因为线程只是访问，并没有修改，不存在竞争，所以这种情况应该允许多个线程同时读取Some Data。
但是若某个瞬间，线程X正在修改Some Data的时候，那么就不允许其他线程对Some Data做任何操作，否则就会有线程安全问题。
那么针对这种读多写少的场景，J.U.C包提供了ReentrantReadWriteLock，它包含了两个锁：
- ReadLock：读锁，也被称为共享锁
- WriteLock：写锁，也被称为排它锁
下面我们看看，线程如果想获取读锁，需要具备哪些条件：
- 不能有其他线程的写锁
- 没有写请求；或者有写请求，但调用线程和持有锁的线程是同一个
再来看一下线程获取写锁的条件：
- 必须没有其他线程的读锁
- 必须没有其他线程的写锁
这个比较容易理解，因为写锁是排他的。
来看下面一段代码：
public class ReentrantReadWriteLockTest {
private Object data;
//缓存是否有效
private volatile boolean cacheValid;
private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
public void processCachedData() {
rwl.readLock().lock();
//如果缓存无效，更新cache;否则直接使用data
if (!cacheValid) {
//获取写锁前必须释放读锁
rwl.readLock().unlock();
rwl.writeLock().lock();
if (!cacheValid) {
//更新数据
data = new Object();
cacheValid = true;
}
//锁降级，在释放写锁前获取读锁
rwl.readLock().lock();
//释放写锁，依然持有读锁
rwl.writeLock().unlock();
}
// 使用缓存
// ...
// 释放读锁
rwl.readLock().unlock();
}
}
这段代码演示的是获取缓存的时候，判断缓存是否过期，如果已经过期就更新缓存，如果没有过期就使用缓存。
可以看到我们先创建了一个读锁，判断如果缓存有效，就可以使用缓存，使用完之后再把读锁释放。如果缓存无效，就更新缓存执行写操作，所以先把读锁给释放掉，然后创建一个写锁，最后更新缓存，更新完缓存后又重新获取了一个读锁并释放掉写锁。
从这段代码里可以看出来，一个线程在拿到写锁之后它还可以继续获得一个读锁。
总结
我们来总结一下ReentrantReadWriteLock的三个特性：
- 公平性
ReentrantReadWriteLock也可以在初始化时设置是否公平。 - 可重入性
读锁以及写锁也是支持重入的，比如一个线程拿到写锁后，他依然可以继续拿写锁，同理读锁也可以。 - 锁降级
要想实现锁降级，只需要先获得写锁，再获得读锁，最后释放写锁，就可以把一个写锁降级为读锁了。但是一个读锁是没有办法升级为写锁的。
最后我们来对比一下ReentrantLock与ReentrantReadWriteLock
- ReentrantLock：完全互斥
- ReentrantReadWriteLock：读锁共享，写锁互斥
因此在读多写少的场景下，ReentrantReadWriteLock的性能、吞吐量各方面都会比ReentrantLock要好很多。但是对于写多的场景ReentrantReadWriteLock就不那么明显了。
StampedLock
上面我们已经探讨了ReentrantReadWriteLock能够大幅度提升读多写少场景下的性能，StampedLock是在JDK8引入的，可以认为这是一个ReentrantReadWriteLock的增强版。
那么大家想，既然有了ReentrantReadWriteLock，为什么还要搞一个StampedLock呢？
这是因为ReentrantReadWriteLock在一些特定的场景下存在问题。
比如写线程的“饥饿”问题。
举个例子：假设现在有超级多的线程在操作ReentrantReadWriteLock，执行读操作的线程超级多，而执行写操作的线程很少，而如果这个执行写操作的线程想要拿到写锁，而ReentrantReadWriteLock的写锁是排他的，要想拿到写锁就意味着其他线程不能有读锁也不能有写锁，所以在读线程超级多，写线程超级少的情况下就容易造成写线程饥饿问题，也就是说，执行写操作的线程可能一直抢不到锁，即使可以把公平性设置为true，但是这样又会导致性能的下降。
那么我们看看StampedLock怎么玩：
首先，所有获取锁的方法都会返回stamp，它是一个数字，如果stamp=0说明操作失败了，其他的值表示操作成功。
其次就是所有获取锁的方法，需要用stamp作为参数，参数的值必须和获得锁时返回的stamp一致。
其中StampedLock提供了三种访问模式：
- Writing模式：类似于ReentrantReadWriteLock的写锁
- Reding（悲观读模式）：类似于ReentrantReadWriteLock的读锁。
- Optimistic reading：乐观读模式
悲观读模式：在执行悲观读的过程中，不允许有写操作
乐观读模式：在执行乐观读的过程中，允许有写操作
通过介绍我们可以发现，StampedLock中的悲观读与乐观读和我们操作数据库中的悲观锁、乐观锁有一定的相似之处。
此外StampedLock还提供了读锁和写锁相互转换的功能：
我们知道ReentrantReadWriteLock的写锁是可以降级为读锁的，但是读锁没办法升级为写锁，而StampedLock它提供了读锁和写锁之间互相转换的功能。
最后，StampedLock是不可重入的，这也是和ReentrantReadWriteLock的一个区别。
读过源码的同学可能知道，在StampedLock源码里有一段注释：
我们来看一下这段注释，他写的非常经典，演示了StampedLock API如何使用。
class Point {
private double x, y;
private final StampedLock sl = new StampedLock();
void move(double deltaX, double deltaY) { // an exclusively locked method
//添加写锁
long stamp = sl.writeLock();
try {
x += deltaX;
y += deltaY;
} finally {
//释放写锁
sl.unlockWrite(stamp);
}
}
double distanceFromOrigin() { // A read-only method
//获得一个乐观锁
long stamp = sl.tryOptimisticRead();
// 假设（x,y）=（10，10）
// 但是这是一个乐观读锁，（x,y）可能被其他线程修改为（20,20）
double currentX = x, currentY = y;
//因此这里要验证获得乐观锁后，有没有发生写操作
if (!sl.validate(stamp)) {
stamp = sl.readLock();
try {
currentX = x;
currentY = y;
} finally {
sl.unlockRead(stamp);
}
}
return Math.sqrt(currentX currentX + currentY currentY);
}
void moveIfAtOrigin(double newX, double newY) { // upgrade
// Could instead start with optimistic, not read mode
long stamp = sl.readLock();
try {
while (x == 0.0 && y == 0.0) {
long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp);
if (ws != 0L) {
stamp = ws;
x = newX;
y = newY;
break;
}
else {
sl.unlockRead(stamp);
stamp = sl.writeLock();
}
}
} finally {
sl.unlock(stamp);
}
}
}
这个类有三个方法，move方法用来移动一个点的坐标，instanceFromOrigin用来计算这个点到原点的距离，moveIfAtOrigin表示当这个点位于原点的时候用来移动这个点的坐标。
我们来分析一下源码：
move方法是一个纯粹的写操作，在操作之前添加写锁，操作结束释放写锁；
instanceOrigin首先获得一个乐观锁，然后开始读数据，我们假设（x,y）=（10，10），但是这是一个乐观读锁，（x,y）可能被其他线程修改为（20,20），所以他会验证获得乐观锁后，有没有发生写操作，如果validate结果为true的话，表示没有发生过写操作，如果发生过写操作，那么就会改用悲观读锁重读数据，然后计算结果，当然最后要把锁释放掉。
最后moveIfAtOrigin方法也比较简单，主要演示了怎么从悲观读锁转换成写锁。
总结
StampedLock主要通过乐观读的方式提升性能，同时也解决了写线程的饥饿问题，但是有得必有失，我们从示例代码中不难看出，StampedLock使用起来要比ReentrantReadWriteLock复杂很多，所以使用者要在性能和复杂度之间做一个取舍。