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Java并发编程中的锁优化与读写锁

P粉602998670

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发布时间:2026-01-06 15:34:02

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来源于php中文网

原创

ReadWriteLock 比 synchronized 更适合读多写少场景,因其允许多个线程并发读、写操作独占,显著提升吞吐量;但需注意读锁不保证数据最新性、不可升级为写锁、写频繁或临界区短时反而更差。

java并发编程中的锁优化与读写锁

ReadWriteLock 为什么比 synchronized 更适合读多写少场景

因为 ReadWriteLock 允许多个线程同时读,但写操作独占;而 synchronized 不管读写都强制串行。在读操作远多于写操作时,用 ReentrantReadWriteLock 能显著提升吞吐量。

常见错误是误以为“加了读锁就绝对线程安全”——其实读锁只保证读期间不被写干扰,不保证读到的数据是最新的(除非配合 volatile 或其他同步机制)。

  • 读锁可重入,但多个线程获取读锁不会阻塞彼此
  • 写锁是排他锁,一旦有线程持有写锁,所有读/写请求都会阻塞
  • 写锁可降级为读锁(调用 writeLock().unlock() 后再 readLock().lock()),但读锁不能升级为写锁(会死锁)
  • ReentrantReadWriteLock 默认是非公平模式,可通过构造参数启用公平策略:new ReentrantReadWriteLock(true),但公平性会降低吞吐量

什么时候不该用 ReentrantReadWriteLock

当写操作频繁、或读操作本身很轻量(比如只读一个字段)、或临界区极短时,ReentrantReadWriteLock 的锁状态维护开销反而可能超过 synchronized

典型反例:缓存计数器的 get/set。如果只是 return count;count++;,用 AtomicInteger 比读写锁更轻量且无锁

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  • 写操作占比超过 10%~20%,需实测对比吞吐量
  • 读操作中包含复杂逻辑(如遍历集合、IO、锁内调用外部方法),容易让读锁持有时间过长,导致写饥饿
  • 使用 StampedLock 替代更合适:它支持乐观读(tryOptimisticRead),在无写竞争时几乎零开销

StampedLock 的乐观读怎么避免 ABA 问题

StampedLock 的乐观读不加锁,靠版本戳(stamp)校验是否被写过。但它本身不解决 ABA,而是把校验责任交给使用者——你必须在读取后显式调用 validate(stamp),并根据返回值决定是否重试。

long stamp = sl.tryOptimisticRead();
int current = x;
if (!sl.validate(stamp)) {
    // 发生了写操作,降级为悲观读
    stamp = sl.readLock();
    try {
        current = x;
    } finally {
        sl.unlockRead(stamp);
    }
}
  • 乐观读只适用于读取简单、无副作用的变量;不能用于读取对象引用后再调用其方法(可能已失效)
  • 多次读取多个字段时,必须用同一个 stamp 校验,否则中间可能被写入干扰
  • stamp 为 0 表示当前处于写模式,此时 validate(0) 总是返回 false

锁粗化与锁消除在读写锁场景下基本无效

JIT 编译器的锁消除(lock elision)和锁粗化(lock coarsening)主要针对 synchronized 块,对 ReentrantReadWriteLockStampedLock 不起作用——它们是普通 Java 对象,锁逻辑在用户代码里,编译器无法静态分析。

这意味着:你写的每一对 readLock().lock() / readLock().unlock() 都真实执行,不会被优化掉。所以务必确保 unlock 在 finally 块中,否则极易泄漏锁。

  • 忘记在 finally 中 unlock 是最常见 bug,会导致后续所有读写永久阻塞
  • 不要在锁内做耗时操作(如日志、网络调用),尤其读锁——它会拖慢所有写线程
  • try-with-resources 包装锁不适用,因为 Lock 接口未实现 AutoCloseable
锁优化不是堆砌高级 API,而是看清数据访问模式:读多写少?写是否真需要互斥?读结果是否允许短暂陈旧?这些判断比选哪个锁更重要。

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