为什么StampedLock会导致CPU100%？

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正文

StampedLock 是 Java 8 引入的一种高级的锁机制，它位于 java.util.concurrent.locks 包中。与传统的读写锁（ReentrantReadWriteLock）相比，StampedLock 提供了更灵活和更高性能的锁解决方案，尤其适用于读操作远多于写操作的场景。

1.特点展示

相比于 Java 中的其他锁，StampedLock 具有以下特点：

读写分离：StampedLock 支持读写分离，读锁和写锁可以同时被不同的线程持有，从而提高了并发性能。而 synchronized 和 ReentrantLock 则不支持读写分离，读操作和写操作会相互阻塞。
乐观读：StampedLock 支持乐观读，读操作不会阻塞写操作，只有在写操作发生时才会升级为悲观读。这种方式适用于读多写少的场景，可以提高读操作的并发性能。而 ReentrantReadWriteLock 则不支持乐观读。
不可重入：ReentrantLock 和 synchronized 都是可重入锁，而 StampedLock 的写锁是不可重入的。
性能优势：StampedLock 在多线程并发中的读多情况下有更好的性能，因为 StampedLock 获取乐观读锁时，不需要通过 CAS 操作来设置锁的状态，只是简单地通过测试状态即可。

2.基本使用

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。

3.注意事项

在使用 StampedLock 时，需要注意以下几个问题：

不可重入性：StampedLock 的读锁和写锁都不支持重入，这意味着一个线程在获取了锁之后，不能再次获取同一个锁，所以在使用 StampedLock 时，一定要避免嵌套使用。
死锁问题：使用 StampedLock 时，必须使用与获取锁时相同的 stamp 来释放锁，否则就会导致释放锁失败，从而导致死锁问题的发生。
CPU 使用率飙升问题：如果 StampedLock 使用不当，具体来说，在 StampedLock 执行 writeLock 或 readLock 阻塞时，如果调用了中断操作，如 interrupt() 可能会导致 CPU 使用率飙升。这是因为线程接收到了中断请求，但 StampedLock 并没有正确处理中断信号，那么线程可能会陷入无限循环中，试图从中断状态中恢复，这可能会导致 CPU 使用率飙升。

4.CPU 100%问题演示

以下代码中线程 2 会导致 CPU 100% 的问题，如下代码所示：

public void runningTask() throws Exception{
    final StampedLock lock = new StampedLock();
    Thread thread = new Thread(()->{
        // 获取写锁
        lock.writeLock();
        // 永远阻塞在此处，不释放写锁
        LockSupport.park();
    });
    thread.start();

    // 保证 thread 获取写锁
    Thread.sleep(100);
    Thread thread2 = new Thread(()->
        // 阻塞在悲观读锁
        lock.readLock()
    );
    thread2.start();
    // 保证 thread2 阻塞在读锁
    Thread.sleep(100);
    // 中断线程 thread2，导致 thread2 CPU 飙升
    thread2.interrupt();
    thread2.join();
}

以上代码中，线程一先获取到锁，之后阻塞，并未释放锁，而线程二阻塞在 readLock() 读锁时，收到了中断请求 interrupt()，但并未正确处理中断异常，因此线程会陷入无限循环中，试图从中断状态中恢复，这就会导致 CPU 使用率一直飙升。

课后思考

如何避免 StampedLock CPU 100% 的问题？

本文已收录到我的面试小站 www.javacn.site，其中包含的内容有：Redis、JVM、并发、并发、MySQL、Spring、Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud、MyBatis、设计模式、消息队列等模块。