并发编程(12)：ReentrantReadWriteLock 与 StampLock的基本使用与实现原理以及二者的区别。

1、ReentrantReadWriteLock （可重入读写锁）

1.1、在前面我们剖析了ReentrantLock(可重入锁)，其实现是使用了AQS同步器来实现的，我们知道ReentrantLock是以独占的方式来实现锁互斥的，也就是说，当去获取锁的时候，如果获取成功就会将当前锁的独占线程设置为当前线程，在锁被占有阶段当其他线程来申请锁的时候，就会被加入到AQS的同步队列中进行等待，当持有锁的线程释放锁，就会去唤醒同步队列中的head节点的next节点的线程，让当前线程重新去申请锁，如果不考虑其他因素，是一定能够申请到锁的。这个是ReentrantLock的实现原理。

1.2、那么什么是ReentrantReadWriteLock，从字面的意思来看就是可重入的读写锁。它分为两把锁读锁跟写锁，且都是可重入的。

读锁跟写锁的互斥特性：

读锁跟读锁：是不互斥的，如果多条线程同时读取共享资源，那么是不会发生线程阻塞的。

读锁跟写锁：是互斥的，也就是说当有线程持有读锁，此时去申请写锁的线程将会被阻塞，同理，当有线程持有写锁，如果此时有线程去申请读锁也会被阻塞。

写锁跟写锁：是互斥的，当有线程持有写锁，那么再去申请的线程就会被阻塞。

1.3、ReentrantReadWriteLock的实现原理：

我们知道ReentrantLock的实现中，获取锁失败的线程会被构建节点node加入的AQS的通过不队列中，且node的mode(模式)是EXCLUSIVE(独占)，其实ReentrantReadWriteLock也是使用AQS的同步队列来实现的，且申请写锁的线程也是构建独占的node加入到AQS的同步队列，但是申请读锁的线程是SHARED共享模式的node加入到同步队列中的。

ReentrantReadWriteLock 的队列唤醒规则：

1、当ReentrantReadWriteLock 的等待队列队首结点是共享结点，说明当前写锁被占用，当写锁释放时，会以传播的方式唤醒头结点之后紧邻的各个共享结点。

2、当ReentrantReadWriteLock 的等待队列队首结点是独占结点，说明当前读锁被使用，当读锁释放归零后，会唤醒队首的独占结点。

1.4、ReentrantReadWriteLock的弊端：

在上面我们分析ReentrantReadWriteLock的基本规则与实现方式，我么会发现一个问题，那就是在非公平的环境中读多写少的情况下，写线程会发生线程饥饿，什么意思呢？我们假设有一个ReentrantReadWriteLock读写锁，当前是读锁被占有的，且有一个申请写锁的线程被阻塞，因为读锁是不互斥的，这个时候大量的读操来读取数据，这个时候就会造成那一条申请写锁的线程会一直被阻塞，这就造成了写线程的饥饿。因此在jdk1.8的时候，提供了一个StampLock来解决这个问题。

2、StampLock

在讲StampLock之前我们先讲一下锁升级\锁降级

2.1、什么是锁的升降级？

锁升级：读锁 --> 写锁，意思就是一条线程在不释放读锁的情况下去申请写锁，如果申请到了，再将读锁释放掉，当前线程就从获取到读锁升级到了写锁。支持锁升级的锁有：StampLock。

锁降级：写锁-->读锁，意思就是一条线程在不释放写锁的情况下，去申请读锁，如果申请到了，再将写锁释放掉，那么当前线程就顺利的从写锁降级到读锁了。支持锁降级的锁有：ReentrantReadWriteLock、StampLock。

2.2、什么是StampLock？

StampLock在JDK1.8时引入，是对读写锁ReentrantReadWriteLock的增强，该类提供了一些功能，优化了读锁、写锁的访问，同时使读写锁之间可以互相转换，更细粒度控制并发。在上面我们发现了ReentrantReadWriteLock会产生写线程的饥饿问题，因此StampLock就是为了优化ReentrantReadWriteLock写线程饥饿问题而产生的。

2.3、StampLock的特点：

1、所有获取锁的方法，都返回一个邮戳（Stamp），Stamp为0表示获取失败，其余都表示成功；
2、所有释放锁的方法，都需要一个邮戳（Stamp），这个Stamp必须是和成功获取锁时得到的Stamp一致；
3、StampedLock是不可重入的；（如果一个线程已经持有了写锁，再去获取写锁的话就会造成死锁）
4、StampedLock有三种访问模式：
①Reading（读模式）：功能和ReentrantReadWriteLock的读锁类似
②Writing（写模式）：功能和ReentrantReadWriteLock的写锁类似
③Optimistic reading（乐观读模式）：这是一种优化的读模式。
5、StampedLock支持读锁和写锁的相互转换我们知道RRW中，当线程获取到写锁后，可以降级为读锁，但是读锁是不能直接升级为写锁的。StampedLock提供了读锁和写锁相互转换的功能，使得该类支持更多的应用场景。
6、无论写锁还是读锁，都不支持Conditon等待

2.4、StampLock的使用案例（我们使用官网的案例）：

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

    public void move(double deltaX, double deltaY) {
        使用写锁-独占操作，并返回一个邮票
        long stamp = sl.writeLock();
        try {
            x += deltaX;
            y += deltaY;
        } finally {
            使用邮票来释放写锁
            sl.unlockWrite(stamp);      
        }
    }

    
    使用乐观读锁访问共享资源

    注意：乐观读锁在保证数据一致性上需要拷贝一份要操作的变量到方法栈，并且在操作数据时候可能其 
    他写线程已经修改了数据，而我们操作的是方法栈里面的数据，也就是一个快照，所以最多返回的不是 
    最新的数据，但是一致性还是得到保障的。
    public double distanceFromOrigin() {
        使用乐观读锁-并返回一个邮票，乐观读不会阻塞写入操作，从而解决了写操作线程饥饿问题。
        long stamp = sl.tryOptimisticRead();    

        拷贝共享资源到本地方法栈中
        double currentX = x, currentY = y;      
        if (!sl.validate(stamp)) {              
            
            如果验证乐观读锁的邮票失败，说明有写锁被占用，可能造成数据不一致，
            所以要切换到普通读锁模式。
            stamp = sl.readLock();             
            try {
                currentX = x;
                currentY = y;
            } finally {
                sl.unlockRead(stamp);
            }
        }
        如果验证乐观读锁的邮票成功，说明在此期间没有写操作进行数据修改，那就直接使用共享数据。
        return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
    }


    锁升级：读锁--> 写锁
    public 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) {
                读锁转换为写锁
                long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp); 
                if (ws != 0L) {
                    如果升级到写锁成功，就直接进行写操作。
                    stamp = ws;
                    x = newX;
                    y = newY;
                    break;
                } else {
                    //如果升级到写锁失败，那就释放读锁，且重新申请写锁。
                    sl.unlockRead(stamp);
                    stamp = sl.writeLock();
                }
            }
        } finally {
            //释放持有的锁。
            sl.unlock(stamp);
        }
    }


}

2.5、StampLock的实现原理:

上面我们提到了ReentrantReadWriteLock的实现方式是使用AQS的同步队列来实现的，在队列中write 锁的节点node类型是独占（EXCLUSIVE）,read 锁的节点node类型是共享（SHARED）, 如果唤醒的write锁的节点，只会唤醒当前一个write 锁的节点，当唤醒的是一个read锁的节点就会逐个唤醒后续的read锁节点（跟CountDownLatch的传递性唤醒是一个道理），直到又碰见一个write锁节点为止。

StampLock的实现原理也是使用了AQS的同步队列来实现的，但是多个read锁节点相邻的时候，它并不是放入到AQS的同步队列中，而是会有一个cwait的节点用来存放相邻的read锁的节点，唤醒的时候则唤醒AQS中的当前read锁节点+cwait的所有read锁节点。这就是StampLock的实现原理与ReentrantReadWriteLock的实现原理的区别。示意图如下：

2.6、StampedLock的等待队列与ReentrantReadWriteLock的AQS同步队列相比，有以下特点：

1、当入队一个线程时，如果队尾是读结点，不会直接链接到队尾，而是链接到该读结点的cowait链中，cowait链本质是一个栈；
2、当入队一个线程时，如果队尾是写结点，则直接链接到队尾；
3、唤醒线程的规则和AQS类似，都是首先唤醒队首结点。区别是StampedLock中，当唤醒的结点是读结点时，会唤醒该读结点的cowait链中的所有读结点（顺序和入栈顺序相反，也就是后进先出）。

并发编程(12)：ReentrantReadWriteLock 与 StampLock的基本使用与实现原理以及二者的区别。

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