一篇文章搞定——JDK8中新增的StampedLock
1、StampedLock類簡介
StampedLock類，在JDK1.8時引入，是對讀寫鎖ReentrantReadWriteLock的加強，該類提供了一些功能，優化了讀鎖、寫鎖的訪問，同時使讀寫鎖之間能夠互相轉換，更細粒度控制併發。java
首先明確下，該類的設計初衷是做爲一個內部工具類，用於輔助開發其它線程安全組件，用得好，該類能夠提高系統性能，用很差，容易產生死鎖和其它莫名其妙的問題。node
1.1 StampedLock的引入
上一篇文章，講解了讀寫鎖——ReentrantReadWriteLock原理詳解 ，那麼爲何有了ReentrantReadWriteLock，還要引入StampedLock？編程
ReentrantReadWriteLock使得多個讀線程同時持有讀鎖（只要寫鎖未被佔用），而寫鎖是獨佔的。segmentfault
可是，讀寫鎖若是使用不當，很容易產生「飢餓」問題：api
好比在讀線程很是多，寫線程不多的狀況下，很容易致使寫線程「飢餓」，雖然使用「公平」策略能夠必定程度上緩解這個問題，可是「公平」策略是以犧牲系統吞吐量爲代價的。安全
1.2 StampedLock的特色
try系列獲取鎖的函數，當獲取鎖失敗後會返回爲0的stamp值。當調用釋放鎖和轉換鎖的方法時候須要傳入獲取鎖時候返回的stamp值。併發
StampedLockd的內部實現是基於CLH鎖的，CLH鎖原理：鎖維護着一個等待線程隊列，全部申請鎖且失敗的線程都記錄在隊列。一個節點表明一個線程，oracle
保存着一個標記位locked,用以判斷當前線程是否已經釋放鎖。當一個線程試圖獲取鎖時，從隊列尾節點做爲前序節點，循環判斷全部的前序節點是否已經成功釋放鎖。框架
2、StampedLock使用示例
先來看一個Oracle官方的例子：函數
class Point {
private double x, y;
private final StampedLock sl = new StampedLock();
void move(double deltaX, double deltaY) {
long stamp = sl.writeLock(); //涉及對共享資源的修改，使用寫鎖-獨佔操做
try {
x += deltaX;
y += deltaY;
} finally {
sl.unlockWrite(stamp);
}
}
/**
* 使用樂觀讀鎖訪問共享資源
* 注意：樂觀讀鎖在保證數據一致性上須要拷貝一份要操做的變量到方法棧，而且在操做數據時候可能其餘寫線程已經修改了數據，
* 而咱們操做的是方法棧裏面的數據，也就是一個快照，因此最多返回的不是最新的數據，可是一致性仍是獲得保障的。
*
* @return
*/
double distanceFromOrigin() {
long stamp = sl.tryOptimisticRead(); // 使用樂觀讀鎖
double currentX = x, currentY = y; // 拷貝共享資源到本地方法棧中
if (!sl.validate(stamp)) { // 若是有寫鎖被佔用，可能形成數據不一致，因此要切換到普通讀鎖模式
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); //讀鎖轉換爲寫鎖
if (ws != 0L) {
stamp = ws;
x = newX;
y = newY;
break;
} else {
sl.unlockRead(stamp);
stamp = sl.writeLock();
}
}
} finally {
sl.unlock(stamp);
}
}
}
能夠看到，上述示例最特殊的實際上是distanceFromOrigin方法，這個方法中使用了「Optimistic reading」樂觀讀鎖，使得讀寫能夠併發執行，可是「Optimistic reading」的使用必須遵循如下模式：
long stamp = lock.tryOptimisticRead(); // 非阻塞獲取版本信息
copyVaraibale2ThreadMemory(); // 拷貝變量到線程本地堆棧
if(!lock.validate(stamp)){ // 校驗
long stamp = lock.readLock(); // 獲取讀鎖
try {
copyVaraibale2ThreadMemory(); // 拷貝變量到線程本地堆棧
} finally {
lock.unlock(stamp); // 釋放悲觀鎖
}
}
useThreadMemoryVarables(); // 使用線程本地堆棧裏面的數據進行操做
3、StampedLock原理
3.1 StampedLock的內部常量
StampedLock雖然不像其它鎖同樣定義了內部類來實現AQS框架，可是StampedLock的基本實現思路仍是利用CLH隊列進行線程的管理，經過同步狀態值來表示鎖的狀態和類型。
StampedLock內部定義了不少常量，定義這些常量的根本目的仍是和ReentrantReadWriteLock同樣，對同步狀態值按位切分，以經過位運算對State進行操做：
對於StampedLock來講，寫鎖被佔用的標誌是第8位爲1，讀鎖使用0-7位，正常狀況下讀鎖數目爲1-126，超過126時，使用一個名爲
readerOverflow的int整型保存超出數。
部分常量的比特位表示以下：
另外，StampedLock相比ReentrantReadWriteLock，對多核CPU進行了優化，能夠看到，當CPU核數超過1時，會有一些自旋操做:
3.2 示例分析
假設如今有多個線程：ThreadA、ThreadB、ThreadC、ThreadD、ThreadE。操做以下：
ThreadA調用writeLock————獲取寫鎖
ThreadB調用readLock————獲取讀鎖
ThreadC調用readLock————獲取讀鎖
ThreadD調用writeLock————獲取寫鎖
ThreadE調用readLock————獲取讀鎖
1. StampedLock對象的建立
StampedLock的構造器很簡單，構造時設置下同步狀態值：
/**
* Creates a new lock, initially in unlocked state.
*/
public StampedLock() {
state = ORIGIN;
}
另外，StamedLock提供了三類視圖：
// views transient ReadLockView readLockView; transient WriteLockView writeLockView; transient ReadWriteLockView readWriteLockView;
這些視圖實際上是對StamedLock方法的封裝，便於習慣了ReentrantReadWriteLock的用戶使用：
例如，ReadLockView其實至關於ReentrantReadWriteLock.readLock()返回的讀鎖;
final class ReadLockView implements Lock {
public void lock() { readLock(); }
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
readLockInterruptibly();
}
public boolean tryLock() { return tryReadLock() != 0L; }
public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return tryReadLock(time, unit) != 0L;
}
public void unlock() { unstampedUnlockRead(); }
public Condition newCondition() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
}
2. ThreadA調用writeLock獲取寫鎖
來看下writeLock方法：
public long writeLock() {
long s, next; // bypass acquireWrite in fully unlocked case only
return ((((s = state) & ABITS) == 0L &&//（s=state）&ABITS==0L表示讀鎖和寫鎖都未被使用
U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, next = s + WBIT)) ?//CAS操做：將第8位置爲1，表示寫鎖被佔用
next : acquireWrite(false, 0L));//獲取失敗則調用acquireWrite，加入到等待隊列
}
說明：上述代碼獲取寫鎖，若是獲取失敗，則進入阻塞，注意該方法不響應中斷，返回非0表示獲取成功。
StampedLock中大量運用了位運算，這裏(s = state) & ABITS == 0L 表示讀鎖和寫鎖都未被使用，這裏寫鎖能夠當即獲取成功，而後CAS操做更新同步狀態值State。
操做完成後，等待隊列的結構以下：
注意：StampedLock中，等待隊列的結點要比AQS中簡單些，僅僅三種狀態。
0：初始狀態
-1：等待中
1：取消
另外，結點的定義中有個cowait字段，該字段指向一個棧，用於保存讀線程，這個後續會講到。
3. ThreadB調用readLock獲取讀鎖
來看下readLock方法：
因爲ThreadA此時持有寫鎖，因此ThreadB獲取讀鎖失敗，將調用acquireRead方法，加入等待隊列：
public long readLock() {
long s = state, next; // bypass acquireRead on common uncontended case
return ((whead == wtail && (s & ABITS) < RFULL &&//表示寫鎖未被佔用，且讀鎖數量沒用超限
U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, next = s + RUNIT)) ?
next : acquireRead(false, 0L));
}
說明：上述代碼獲取讀鎖，若是寫鎖被佔用，線程會阻塞，注意該方法不響應中斷，返回非0表示獲取成功。
acquireRead方法很是複雜，用到了大量自旋操做：
/**
* 嘗試自旋的獲取讀鎖, 獲取不到則加入等待隊列, 並阻塞線程
*
* @param interruptible true 表示檢測中斷, 若是線程被中斷過, 則最終返回INTERRUPTED
* @param deadline 若是非0, 則表示限時獲取
* @return 非0表示獲取成功, INTERRUPTED表示中途被中斷過
*/
private long acquireRead(boolean interruptible, long deadline) {
WNode node = null, p; // node指向入隊結點, p指向入隊前的隊尾結點
/**
* 自旋入隊操做
* 若是寫鎖未被佔用, 則當即嘗試獲取讀鎖, 獲取成功則返回.
* 若是寫鎖被佔用, 則將當前讀線程包裝成結點, 並插入等待隊列（若是隊尾是寫結點,直接連接到隊尾;不然,連接到隊尾讀結點的棧中）
*/
for (int spins = -1; ; ) {
WNode h;
if ((h = whead) == (p = wtail)) { // 若是隊列爲空或只有頭結點, 則會當即嘗試獲取讀鎖
for (long m, s, ns; ; ) {
if ((m = (s = state) & ABITS) < RFULL ? // 判斷寫鎖是否被佔用
U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, ns = s + RUNIT) : //寫鎖未佔用,且讀鎖數量未超限, 則更新同步狀態
(m < WBIT && (ns = tryIncReaderOverflow(s)) != 0L)) //寫鎖未佔用,但讀鎖數量超限, 超出部分放到readerOverflow字段中
return ns; // 獲取成功後, 直接返回
else if (m >= WBIT) { // 寫鎖被佔用,以隨機方式探測是否要退出自旋
if (spins > 0) {
if (LockSupport.nextSecondarySeed() >= 0)
--spins;
} else {
if (spins == 0) {
WNode nh = whead, np = wtail;
if ((nh == h && np == p) || (h = nh) != (p = np))
break;
}
spins = SPINS;
}
}
}
}
if (p == null) { // p == null表示隊列爲空, 則初始化隊列(構造頭結點)
WNode hd = new WNode(WMODE, null);
if (U.compareAndSwapObject(this, WHEAD, null, hd))
wtail = hd;
} else if (node == null) { // 將當前線程包裝成讀結點
node = new WNode(RMODE, p);
} else if (h == p || p.mode != RMODE) { // 若是隊列只有一個頭結點, 或隊尾結點不是讀結點, 則直接將結點連接到隊尾, 連接完成後退出自旋
if (node.prev != p)
node.prev = p;
else if (U.compareAndSwapObject(this, WTAIL, p, node)) {
p.next = node;
break;
}
}
// 隊列不爲空, 且隊尾是讀結點, 則將添加當前結點連接到隊尾結點的cowait鏈中（實際上構成一個棧, p是棧頂指針 ）
else if (!U.compareAndSwapObject(p, WCOWAIT, node.cowait = p.cowait, node)) { // CAS操做隊尾結點p的cowait字段,實際上就是頭插法插入結點
node.cowait = null;
} else {
for (; ; ) {
WNode pp, c;
Thread w;
// 嘗試喚醒頭結點的cowait中的第一個元素, 假如是讀鎖會經過循環釋放cowait鏈
if ((h = whead) != null && (c = h.cowait) != null &&
U.compareAndSwapObject(h, WCOWAIT, c, c.cowait) &&
(w = c.thread) != null) // help release
U.unpark(w);
if (h == (pp = p.prev) || h == p || pp == null) {
long m, s, ns;
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);
}
if (whead == h && p.prev == pp) {
long time;
if (pp == null || h == p || p.status > 0) {
node = null; // throw away
break;
}
if (deadline == 0L)
time = 0L;
else if ((time = deadline - System.nanoTime()) <= 0L)
return cancelWaiter(node, p, false);
Thread wt = Thread.currentThread();
U.putObject(wt, PARKBLOCKER, this);
node.thread = wt;
if ((h != pp || (state & ABITS) == WBIT) && whead == h && p.prev == pp) {
// 寫鎖被佔用, 且當前結點不是隊首結點, 則阻塞當前線程
U.park(false, time);
}
node.thread = null;
U.putObject(wt, PARKBLOCKER, null);
if (interruptible && Thread.interrupted())
return cancelWaiter(node, p, true);
}
}
}
}
for (int spins = -1; ; ) {
WNode h, np, pp;
int ps;
if ((h = whead) == p) { // 若是當前線程是隊首結點, 則嘗試獲取讀鎖
if (spins < 0)
spins = HEAD_SPINS;
else if (spins < MAX_HEAD_SPINS)
spins <<= 1;
for (int k = spins; ; ) { // spin at head
long m, s, ns;
if ((m = (s = state) & ABITS) < RFULL ? // 判斷寫鎖是否被佔用
U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, ns = s + RUNIT) : //寫鎖未佔用,且讀鎖數量未超限, 則更新同步狀態
(m < WBIT && (ns = tryIncReaderOverflow(s)) != 0L)) { //寫鎖未佔用,但讀鎖數量超限, 超出部分放到readerOverflow字段中
// 獲取讀鎖成功, 釋放cowait鏈中的全部讀結點
WNode c;
Thread w;
// 釋放頭結點, 當前隊首結點成爲新的頭結點
whead = node;
node.prev = null;
// 從棧頂開始(node.cowait指向的結點), 依次喚醒全部讀結點, 最終node.cowait==null, node成爲新的頭結點
while ((c = node.cowait) != null) {
if (U.compareAndSwapObject(node, WCOWAIT, c, c.cowait) && (w = c.thread) != null)
U.unpark(w);
}
return ns;
} else if (m >= WBIT &&
LockSupport.nextSecondarySeed() >= 0 && --k <= 0)
break;
}
} else if (h != null) { // 若是頭結點存在cowait鏈, 則喚醒鏈中全部讀線程
WNode c;
Thread w;
while ((c = h.cowait) != null) {
if (U.compareAndSwapObject(h, WCOWAIT, c, c.cowait) &&
(w = c.thread) != null)
U.unpark(w);
}
}
if (whead == h) {
if ((np = node.prev) != p) {
if (np != null)
(p = np).next = node; // stale
} else if ((ps = p.status) == 0) // 將前驅結點的等待狀態置爲WAITING, 表示以後將喚醒當前結點
U.compareAndSwapInt(p, WSTATUS, 0, WAITING);
else if (ps == CANCELLED) {
if ((pp = p.prev) != null) {
node.prev = pp;
pp.next = node;
}
} else { // 阻塞當前讀線程
long time;
if (deadline == 0L)
time = 0L;
else if ((time = deadline - System.nanoTime()) <= 0L) //限時等待超時, 取消等待
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) {
// 若是前驅的等待狀態爲WAITING, 且寫鎖被佔用, 則阻塞當前調用線程
U.park(false, time);
}
node.thread = null;
U.putObject(wt, PARKBLOCKER, null);
if (interruptible && Thread.interrupted())
return cancelWaiter(node, node, true);
}
}
}
}
咱們來分析下這個方法。
該方法會首先自旋的嘗試獲取讀鎖，獲取成功後，就直接返回；不然，會將當前線程包裝成一個讀結點，插入到等待隊列。
因爲，目前等待隊列仍是空，因此ThreadB會初始化隊列，而後將自身包裝成一個讀結點，插入隊尾，而後在下面這個地方跳出自旋：
if (p == null) { // initialize queue，表示等待隊列爲空，且當前線程未得到讀鎖，則初始化隊列（構造頭結點）
WNode hd = new WNode(WMODE, null);
if (U.compareAndSwapObject(this, WHEAD, null, hd))
wtail = hd;
}
else if (node == null)//將當前線程保證成共享節點
node = new WNode(RMODE, p);
else if (h == p || p.mode != RMODE) {//若是等待隊列只有一個頭結點或當前入隊的是寫線程，則直接將節點連接到隊尾，連接完成後退出自旋
if (node.prev != p)
node.prev = p;
else if (U.compareAndSwapObject(this, WTAIL, p, node)) {
p.next = node;
break;//這裏退出循環
}
}
此時，等待隊列的結構以下：
跳出自旋後，ThreadB會繼續向下執行，進入下一個自旋，在下一個自旋中，依然會再次嘗試獲取讀鎖，若是此次再獲取不到，就會將前驅的等待狀態置爲WAITING, 表示我（當前線程）要去睡了（阻塞），到時記得叫醒我：
if (whead == h) {
if ((np = node.prev) != p) {
if (np != null)
(p = np).next = node; // stale
}
else if ((ps = p.status) == 0)//將前驅結點的等待狀態置爲WAITING，表示以後將喚醒當前結點
U.compareAndSwapInt(p, WSTATUS, 0, WAITING);
else if (ps == CANCELLED) {
if ((pp = p.prev) != null) {
node.prev = pp;
pp.next = node;
}
}
最終, ThreadB進入阻塞狀態:
else {//阻塞當前線程
long time;
if (deadline == 0L)
time = 0L;
else if ((time = deadline - System.nanoTime()) <= 0L)//限時等待超時，取消等待
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)
U.park(false, time);//若是前驅的等待狀態爲WAITINF，其寫鎖被佔用，則阻塞當前調用線程
node.thread = null;
U.putObject(wt, PARKBLOCKER, null);
if (interruptible && Thread.interrupted())
return cancelWaiter(node, node, true);
}
}
最終，等待隊列的結構以下：
4. ThreadC調用readLock獲取讀鎖
這個過程和ThreadB獲取讀鎖同樣，區別在於ThreadC被包裝成結點加入等待隊列後，是連接到ThreadB結點的棧指針中的。調用完下面這段代碼後，ThreadC會連接到以Thread B爲棧頂指針的棧中：
else if (!U.compareAndSwapObject(p, WCOWAIT,
node.cowait = p.cowait, node))//CAS操做隊尾結點，p的cowait字段，實際上就是頭插法插入節點
node.cowait = null;
說明：上述代碼隊列不爲空，且隊尾是讀結點，則將添加當前結點連接到隊尾結點的cowait鏈中（實際上構成一個棧，p是棧頂指針）
注意：讀結點的cowait字段其實構成了一個棧，入棧的過程實際上是個「頭插法」插入單鏈表的過程。好比，再來個ThreadX讀結點，則cowait鏈表結構爲：
ThreadB - > ThreadX -> ThreadC。最終喚醒讀結點時，將從棧頂開始。
而後會在下一次自旋中，阻塞當前讀線程：
if (whead == h && p.prev == pp) {
long time;
if (pp == null || h == p || p.status > 0) {
node = null; // throw away
break;
}
if (deadline == 0L)
time = 0L;
else if ((time = deadline - System.nanoTime()) <= 0L)
return cancelWaiter(node, p, false);
Thread wt = Thread.currentThread();
U.putObject(wt, PARKBLOCKER, this);
node.thread = wt;
if ((h != pp || (state & ABITS) == WBIT) &&
whead == h && p.prev == pp)
U.park(false, time);//寫鎖被佔用，且當前節點不是隊首節點，則阻塞當前線程
node.thread = null;
U.putObject(wt, PARKBLOCKER, null);
if (interruptible && Thread.interrupted())
return cancelWaiter(node, p, true);
}
最終，等待隊列的結構以下：
能夠看到，此時ThreadC結點並無把它的前驅的等待狀態置爲-1，由於ThreadC是連接到棧中的，當寫鎖釋放的時候，會從棧底元素開始，喚醒棧中全部讀結點。
5. ThreadD調用writeLock獲取寫鎖
ThreadD調用writeLock方法獲取寫鎖失敗後（ThreadA依然佔用着寫鎖），會調用acquireWrite方法，該方法總體邏輯和acquireRead差很少，首先自旋的嘗試獲取寫鎖，獲取成功後，就直接返回；不然，會將當前線程包裝成一個寫結點，插入到等待隊列。
public long writeLock() {
long s, next; // bypass acquireWrite in fully unlocked case only
return ((((s = state) & ABITS) == 0L &&//表示讀鎖和寫鎖都未被使用
U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, next = s + WBIT)) ?//CAS操做：將第8位置位1，表示寫鎖被佔用
next : acquireWrite(false, 0L));//獲取失敗則調用acquireWrite，加入等待隊列
}
說明：上述代碼獲取寫鎖，若是失敗，則進入阻塞，注意該方法不響應中斷，返回非0，表示獲取成功
acquireWrite源碼：
/**
* 嘗試自旋的獲取寫鎖, 獲取不到則阻塞線程
*
* @param interruptible true 表示檢測中斷, 若是線程被中斷過, 則最終返回INTERRUPTED
* @param deadline 若是非0, 則表示限時獲取
* @return 非0表示獲取成功, INTERRUPTED表示中途被中斷過
*/
private long acquireWrite(boolean interruptible, long deadline) {
WNode node = null, p;
/**
* 自旋入隊操做
* 若是沒有任何鎖被佔用, 則當即嘗試獲取寫鎖, 獲取成功則返回.
* 若是存在鎖被使用, 則將當前線程包裝成獨佔結點, 並插入等待隊列尾部
*/
for (int spins = -1; ; ) {
long m, s, ns;
if ((m = (s = state) & ABITS) == 0L) { // 沒有任何鎖被佔用
if (U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, ns = s + WBIT)) // 嘗試當即獲取寫鎖
return ns; // 獲取成功直接返回
} else if (spins < 0)
spins = (m == WBIT && wtail == whead) ? SPINS : 0;
else if (spins > 0) {
if (LockSupport.nextSecondarySeed() >= 0)
--spins;
} else if ((p = wtail) == null) { // 隊列爲空, 則初始化隊列, 構造隊列的頭結點
WNode hd = new WNode(WMODE, null);
if (U.compareAndSwapObject(this, WHEAD, null, hd))
wtail = hd;
} else if (node == null) // 將當前線程包裝成寫結點
node = new WNode(WMODE, p);
else if (node.prev != p)
node.prev = p;
else if (U.compareAndSwapObject(this, WTAIL, p, node)) { // 連接結點至隊尾
p.next = node;
break;
}
}
for (int spins = -1; ; ) {
WNode h, np, pp;
int ps;
if ((h = whead) == p) { // 若是當前結點是隊首結點, 則當即嘗試獲取寫鎖
if (spins < 0)
spins = HEAD_SPINS;
else if (spins < MAX_HEAD_SPINS)
spins <<= 1;
for (int k = spins; ; ) { // spin at head
long s, ns;
if (((s = state) & ABITS) == 0L) { // 寫鎖未被佔用
if (U.compareAndSwapLong(this, STATE, s,
ns = s + WBIT)) { // CAS修改State: 佔用寫鎖
// 將隊首結點從隊列移除
whead = node;
node.prev = null;
return ns;
}
} else if (LockSupport.nextSecondarySeed() >= 0 &&
--k <= 0)
break;
}
} else if (h != null) { // 喚醒頭結點的棧中的全部讀線程
WNode c;
Thread w;
while ((c = h.cowait) != null) {
if (U.compareAndSwapObject(h, WCOWAIT, c, c.cowait) && (w = c.thread) != null)
U.unpark(w);
}
}
if (whead == h) {
if ((np = node.prev) != p) {
if (np != null)
(p = np).next = node; // stale
} else if ((ps = p.status) == 0) // 將當前結點的前驅置爲WAITING, 表示當前結點會進入阻塞, 前驅未來須要喚醒我
U.compareAndSwapInt(p, WSTATUS, 0, WAITING);
else if (ps == CANCELLED) {
if ((pp = p.prev) != null) {
node.prev = pp;
pp.next = node;
}
} else { // 阻塞當前調用線程
long time; // 0 argument to park means no timeout
if (deadline == 0L)
time = 0L;
else if ((time = deadline - System.nanoTime()) <= 0L)
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) != 0L) && whead == h && node.prev == p)
U.park(false, time); // emulate LockSupport.park
node.thread = null;
U.putObject(wt, PARKBLOCKER, null);
if (interruptible && Thread.interrupted())
return cancelWaiter(node, node, true);
}
}
}
}
acquireWrite中的下面這個自旋操做，用於將線程包裝成寫結點，插入隊尾：
for (int spins = -1;;) { // spin while enqueuing
long m, s, ns;
if ((m = (s = state) & ABITS) == 0L) {//沒用任何鎖被佔用
if (U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, ns = s + WBIT))//嘗試當即獲取寫鎖
return ns;//獲取成功直接返回
}
else if (spins < 0)
spins = (m == WBIT && wtail == whead) ? SPINS : 0;
else if (spins > 0) {
if (LockSupport.nextSecondarySeed() >= 0)
--spins;
}
else if ((p = wtail) == null) { // initialize queue，隊列爲空，則初始化隊列，構造隊列的頭結點
WNode hd = new WNode(WMODE, null);
if (U.compareAndSwapObject(this, WHEAD, null, hd))
wtail = hd;
}
else if (node == null)
node = new WNode(WMODE, p);//將當前線程包裝成寫節點
else if (node.prev != p)
node.prev = p;
else if (U.compareAndSwapObject(this, WTAIL, p, node)) {//連接節點至隊尾
p.next = node;
break;
}
}
說明：上述代碼自旋入隊操做，若是沒用任何鎖被佔用，則當即嘗試獲取寫鎖，獲取成功則返回，若是存在鎖被使用，則將當前線程包裝成獨佔節點，並插入等待隊列尾部
插入完成後，隊列結構以下：
而後，進入下一個自旋，並在下一個自旋中阻塞ThreadD，最終隊列結構以下：
6. ThreadE調用readLock獲取讀鎖
一樣，因爲寫鎖被ThreadA佔用着，因此最終會調用acquireRead方法，在該方法的第一個自旋中，會將ThreadE加入等待隊列：
注意，因爲隊尾結點是寫結點，因此當前讀結點會直接連接到隊尾；若是隊尾是讀結點，則會連接到隊尾讀結點的cowait鏈中。
而後進入第二個自旋，阻塞ThreadE，最終隊列結構以下：
7. ThreadA調用unlockWrite釋放寫鎖
經過CAS操做，修改State成功後，會調用release方法喚醒等待隊列的隊首結點：
//釋放寫鎖
public void unlockWrite(long stamp) {
WNode h;
if (state != stamp || (stamp & WBIT) == 0L)//stamp不匹配，或者寫鎖未被佔用，拋出異常
throw new IllegalMonitorStateException();
state = (stamp += WBIT) == 0L ? ORIGIN : stamp;//正常狀況下，stamp+=WBIT後，第8位位0，表示寫鎖被釋放；可是溢出，則置爲ORIGIN
if ((h = whead) != null && h.status != 0)
release(h);//喚醒等待隊列中的隊首節點
}
release方法很是簡單，先將頭結點的等待狀態置爲0，表示即將喚醒後繼結點，而後當即喚醒隊首結點：
//喚醒等待隊列的隊首節點（即頭結點whead的後繼節點）
private void release(WNode h) {
if (h != null) {
WNode q; Thread w;
U.compareAndSwapInt(h, WSTATUS, WAITING, 0);//將頭結點的等待狀態從-1置爲0，表示將要喚醒後繼節點
if ((q = h.next) == null || q.status == CANCELLED) {//從隊尾開始查找距離頭結點最近的WAITING節點
for (WNode t = wtail; t != null && t != h; t = t.prev)
if (t.status <= 0)
q = t;
}
if (q != null && (w = q.thread) != null)
U.unpark(w);//喚醒隊首節點
}
}
此時，等待隊列的結構以下：
8. ThreadB被喚醒後繼續向下執行
ThreadB被喚醒後，會從原阻塞處繼續向下執行，而後開始下一次自旋：
if (whead == h) {
if ((np = node.prev) != p) {
if (np != null)
(p = np).next = node; // stale
}
else if ((ps = p.status) == 0)前驅結點的等待狀態設置爲WAITING,表示以後喚醒當前結點
U.compareAndSwapInt(p, WSTATUS, 0, WAITING);//將
else if (ps == CANCELLED) {
if ((pp = p.prev) != null) {
node.prev = pp;
pp.next = node;
}
}
else {//阻塞當前讀線程
long time; // 0 argument to park means no timeout
if (deadline == 0L)
time = 0L;
else if ((time = deadline - System.nanoTime()) <= 0L)//限時等待超時，取消等待
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) != 0L) &&
whead == h && node.prev == p)
U.park(false, time); // emulate LockSupport.park，若是前驅的等待狀態爲WAITING，且寫鎖被佔用，則阻塞當前調用線程，注意，ThreadB今後處被喚醒，並繼續向下執行
node.thread = null;
U.putObject(wt, PARKBLOCKER, null);
if (interruptible && Thread.interrupted())
return cancelWaiter(node, node, true);
}
}
第二次自旋時，ThreadB發現寫鎖未被佔用，則成功獲取到讀鎖，而後從棧頂（ThreadB的cowait指針指向的結點）開始喚醒棧中全部線程，
最後返回：
for (int k = spins;;) { // spin at head
long m, s, ns;
if ((m = (s = state) & ABITS) < RFULL ?//判斷寫鎖是否被佔用
U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, ns = s + RUNIT) ://寫鎖未被佔用，且讀鎖數量未超限制，則更新同步狀態
(m < WBIT && (ns = tryIncReaderOverflow(s)) != 0L)) {//寫鎖未被佔用，但讀鎖數量限制，超出部分放到readerOverflow字段中
WNode c; Thread w;//獲取讀鎖成功，釋放cowrite鏈中的全部讀結點
whead = node;
node.prev = null;//釋放頭節點，當前隊首節點成爲新的頭結點
//從棧頂開始（node.cowait指向的節點），依次喚醒全部讀結點，最終node.cowait==null,node成爲新的頭結點
while ((c = node.cowait) != null) {
if (U.compareAndSwapObject(node, WCOWAIT,
c, c.cowait) &&
(w = c.thread) != null)
U.unpark(w);
}
return ns;
}
else if (m >= WBIT &&
LockSupport.nextSecondarySeed() >= 0 && --k <= 0)
break;
}
最終，等待隊列的結構以下：
9. ThreadC被喚醒後繼續向下執行
ThreadC被喚醒後，繼續執行，並進入下一次自旋，下一次自旋時，會成功獲取到讀鎖。
for (;;) {
WNode pp, c; Thread w;
//嘗試喚醒頭節點whead的cowait中的第一個元素，假如是讀鎖會經過循環釋放cowait鏈
if ((h = whead) != null && (c = h.cowait) != null &&
U.compareAndSwapObject(h, WCOWAIT, c, c.cowait) &&
(w = c.thread) != null) // help release
U.unpark(w);
if (h == (pp = p.prev) || h == p || pp == null) {
long m, s, ns;
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);
}
if (whead == h && p.prev == pp) {
long time;
if (pp == null || h == p || p.status > 0) {
node = null; // throw away
break;
}
if (deadline == 0L)
time = 0L;
else if ((time = deadline - System.nanoTime()) <= 0L)
return cancelWaiter(node, p, false);
Thread wt = Thread.currentThread();
U.putObject(wt, PARKBLOCKER, this);
node.thread = wt;
if ((h != pp || (state & ABITS) == WBIT) &&
whead == h && p.prev == pp)
U.park(false, time);//寫鎖被釋放，且當前節點不是隊首節點，則阻塞當前線程
node.thread = null;
U.putObject(wt, PARKBLOCKER, null);
if (interruptible && Thread.interrupted())
return cancelWaiter(node, p, true);
}
}
注意，此時ThreadB和ThreadC已經拿到了讀鎖，ThreadD（寫線程）和ThreadE（讀線程）依然阻塞中，原來ThreadC對應的結點是個孤立結點，會被GC回收。
最終，等待隊列的結構以下：
10. ThreadB和ThreadC釋放讀鎖
ThreadB和ThreadC調用unlockRead方法釋放讀鎖，CAS操做State將讀鎖數量減1：
//釋放讀鎖
public void unlockRead(long stamp) {
long s, m; WNode h;
for (;;) {
if (((s = state) & SBITS) != (stamp & SBITS) ||//stamp不匹配，或沒用任何鎖被佔用，都會拋出異常
(stamp & ABITS) == 0L || (m = s & ABITS) == 0L || m == WBIT)
throw new IllegalMonitorStateException();
if (m < RFULL) {//讀鎖數量未超限
if (U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, s - RUNIT)) {//讀鎖數量-1
if (m == RUNIT && (h = whead) != null && h.status != 0)//若是當前讀鎖數量爲1，喚醒等待隊列中的隊首節點
release(h);
break;
}
}
else if (tryDecReaderOverflow(s) != 0L)//讀鎖數量超限，則溢出字段要-1
break;
}
}
注意，當讀鎖的數量變爲0時纔會調用release方法，喚醒隊首結點：
//喚醒等待隊列中的隊首節點（即頭結點whead的後繼節點）
private void release(WNode h) {
if (h != null) {
WNode q; Thread w;
U.compareAndSwapInt(h, WSTATUS, WAITING, 0);//將頭結點的等待狀態從-1置爲0，表示將要喚醒後繼節點
if ((q = h.next) == null || q.status == CANCELLED) {//從隊尾開始查找距離頭結點最近的WAITING節點
for (WNode t = wtail; t != null && t != h; t = t.prev)
if (t.status <= 0)
q = t;
}
if (q != null && (w = q.thread) != null)
U.unpark(w);//喚醒隊首節點
}
}
隊首結點（ThreadD寫結點被喚醒），最終等待隊列的結構以下：
11. ThreadD被喚醒後繼續向下執行
ThreadD會從原阻塞處繼續向下執行，並在下一次自旋中獲取到寫鎖，而後返回:
for (int spins = -1;;) {
WNode h, np, pp; int ps;
if ((h = whead) == p) {
if (spins < 0)
spins = HEAD_SPINS;
else if (spins < MAX_HEAD_SPINS)
spins <<= 1;
for (int k = spins;;) { // spin at head
long m, s, ns;
if ((m = (s = state) & ABITS) < RFULL ?
U.compareAndSwapLong(this, STATE, s, ns = s + RUNIT) :
(m < WBIT && (ns = tryIncReaderOverflow(s)) != 0L)) {
WNode c; Thread w;
whead = node;
node.prev = null;
while ((c = node.cowait) != null) {
if (U.compareAndSwapObject(node, WCOWAIT,
c, c.cowait) &&
(w = c.thread) != null)
U.unpark(w);
}
return ns;
}
else if (m >= WBIT &&
LockSupport.nextSecondarySeed() >= 0 && --k <= 0)
break;
}
}
else if (h != null) {
WNode c; Thread w;
while ((c = h.cowait) != null) {
if (U.compareAndSwapObject(h, WCOWAIT, c, c.cowait) &&
(w = c.thread) != null)
U.unpark(w);
}
}
if (whead == h) {
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 {
long time;
if (deadline == 0L)
time = 0L;
else if ((time = deadline - System.nanoTime()) <= 0L)
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)
U.park(false, time);
node.thread = null;
U.putObject(wt, PARKBLOCKER, null);
if (interruptible && Thread.interrupted())
return cancelWaiter(node, node, true);
}
}
最終，等待隊列的結構以下：
12. ThreadD調用unlockWrite釋放寫鎖
ThreadD釋放寫鎖的過程和步驟7徹底相同，會調用unlockWrite喚醒隊首結點（ThreadE）。
ThreadE被喚醒後會從原阻塞處繼續向下執行，但因爲ThreadE是個讀結點，因此同時會喚醒cowait棧中的全部讀結點，過程和步驟8徹底同樣。最終，等待隊列的結構以下：
至此，所有執行完成。
4、StampedLock總結
StampedLock的等待隊列與RRW的CLH隊列相比，有如下特色：
- 當入隊一個線程時，若是隊尾是讀結點，不會直接連接到隊尾，而是連接到該讀結點的cowait鏈中，cowait鏈本質是一個棧；
- 當入隊一個線程時，若是隊尾是寫結點，則直接連接到隊尾；
- QS相似喚醒線程的規則和A，都是首先喚醒隊首結點。區別是StampedLock中，當喚醒的結點是讀結點時，會喚醒該讀結點的cowait鏈中的全部讀結點（順序和入棧順序相反，也就是後進先出）。
另外，StampedLock使用時要特別當心，避免鎖重入的操做，在使用樂觀讀鎖時也須要遵循相應的調用模板，防止出現數據不一致的問題。
參考書籍
Java併發編程之美
參考連接
https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/
https://segmentfault.com/a/1190000015808032?utm_source=tag-newest
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