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幾種JAVA細(xì)粒度鎖的實(shí)現(xiàn)方式

更新時(shí)間：2016年05月17日 09:24:47 作者：GameKing

這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了幾種JAVA細(xì)粒度鎖的實(shí)現(xiàn)方式，感興趣的小伙伴們可以參考一下

最近在工作上碰見了一些高并發(fā)的場景需要加鎖來保證業(yè)務(wù)邏輯的正確性，并且要求加鎖后性能不能受到太大的影響。初步的想法是通過數(shù)據(jù)的時(shí)間戳，id等關(guān)鍵字來加鎖，從而保證不同類型數(shù)據(jù)處理的并發(fā)性。而java自身api提供的鎖粒度太大，很難同時(shí)滿足這些需求，于是自己動(dòng)手寫了幾個(gè)簡單的擴(kuò)展...

1. 分段鎖

借鑒concurrentHashMap的分段思想，先生成一定數(shù)量的鎖，具體使用的時(shí)候再根據(jù)key來返回對應(yīng)的lock。這是幾個(gè)實(shí)現(xiàn)里最簡單，性能最高，也是最終被采用的鎖策略，代碼如下：

/**
 * 分段鎖，系統(tǒng)提供一定數(shù)量的原始鎖，根據(jù)傳入對象的哈希值獲取對應(yīng)的鎖并加鎖
 * 注意：要鎖的對象的哈希值如果發(fā)生改變，有可能導(dǎo)致鎖無法成功釋放!!!
 */
public class SegmentLock<T> {
  private Integer segments = 16;//默認(rèn)分段數(shù)量
  private final HashMap<Integer, ReentrantLock> lockMap = new HashMap<>();

  public SegmentLock() {
    init(null, false);
  }

  public SegmentLock(Integer counts, boolean fair) {
    init(counts, fair);
  }

  private void init(Integer counts, boolean fair) {
    if (counts != null) {
      segments = counts;
    }
    for (int i = 0; i < segments; i++) {
      lockMap.put(i, new ReentrantLock(fair));
    }
  }

  public void lock(T key) {
    ReentrantLock lock = lockMap.get((key.hashCode()>>>1) % segments);
    lock.lock();
  }

  public void unlock(T key) {
    ReentrantLock lock = lockMap.get((key.hashCode()>>>1) % segments);
    lock.unlock();
  }
}

2. 哈希鎖

上述分段鎖的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的第二種鎖策略，目的是實(shí)現(xiàn)真正意義上的細(xì)粒度鎖。每個(gè)哈希值不同的對象都能獲得自己獨(dú)立的鎖。在測試中，在被鎖住的代碼執(zhí)行速度飛快的情況下，效率比分段鎖慢 30% 左右。如果有長耗時(shí)操作，感覺表現(xiàn)應(yīng)該會更好。代碼如下：

public class HashLock<T> {
  private boolean isFair = false;
  private final SegmentLock<T> segmentLock = new SegmentLock<>();//分段鎖
  private final ConcurrentHashMap<T, LockInfo> lockMap = new ConcurrentHashMap<>();

  public HashLock() {
  }

  public HashLock(boolean fair) {
    isFair = fair;
  }

  public void lock(T key) {
    LockInfo lockInfo;
    segmentLock.lock(key);
    try {
      lockInfo = lockMap.get(key);
      if (lockInfo == null) {
        lockInfo = new LockInfo(isFair);
        lockMap.put(key, lockInfo);
      } else {
        lockInfo.count.incrementAndGet();
      }
    } finally {
      segmentLock.unlock(key);
    }
    lockInfo.lock.lock();
  }

  public void unlock(T key) {
    LockInfo lockInfo = lockMap.get(key);
    if (lockInfo.count.get() == 1) {
      segmentLock.lock(key);
      try {
        if (lockInfo.count.get() == 1) {
          lockMap.remove(key);
        }
      } finally {
        segmentLock.unlock(key);
      }
    }
    lockInfo.count.decrementAndGet();
    lockInfo.unlock();
  }

  private static class LockInfo {
    public ReentrantLock lock;
    public AtomicInteger count = new AtomicInteger(1);

    private LockInfo(boolean fair) {
      this.lock = new ReentrantLock(fair);
    }

    public void lock() {
      this.lock.lock();
    }

    public void unlock() {
      this.lock.unlock();
    }
  }
}

3. 弱引用鎖

哈希鎖因?yàn)橐氲姆侄捂i來保證鎖創(chuàng)建和銷毀的同步，總感覺有點(diǎn)瑕疵，所以寫了第三個(gè)鎖來尋求更好的性能和更細(xì)粒度的鎖。這個(gè)鎖的思想是借助java的弱引用來創(chuàng)建鎖，把鎖的銷毀交給jvm的垃圾回收，來避免額外的消耗。

有點(diǎn)遺憾的是因?yàn)槭褂昧薈oncurrentHashMap作為鎖的容器，所以沒能真正意義上的擺脫分段鎖。這個(gè)鎖的性能比 HashLock 快10% 左右。鎖代碼：

/**
 * 弱引用鎖，為每個(gè)獨(dú)立的哈希值提供獨(dú)立的鎖功能
 */
public class WeakHashLock<T> {
  private ConcurrentHashMap<T, WeakLockRef<T, ReentrantLock>> lockMap = new ConcurrentHashMap<>();
  private ReferenceQueue<ReentrantLock> queue = new ReferenceQueue<>();

  public ReentrantLock get(T key) {
    if (lockMap.size() > 1000) {
      clearEmptyRef();
    }
    WeakReference<ReentrantLock> lockRef = lockMap.get(key);
    ReentrantLock lock = (lockRef == null ? null : lockRef.get());
    while (lock == null) {
      lockMap.putIfAbsent(key, new WeakLockRef<>(new ReentrantLock(), queue, key));
      lockRef = lockMap.get(key);
      lock = (lockRef == null ? null : lockRef.get());
      if (lock != null) {
        return lock;
      }
      clearEmptyRef();
    }
    return lock;
  }

  @SuppressWarnings("unchecked")
  private void clearEmptyRef() {
    Reference<? extends ReentrantLock> ref;
    while ((ref = queue.poll()) != null) {
      WeakLockRef<T, ? extends ReentrantLock> weakLockRef = (WeakLockRef<T, ? extends ReentrantLock>) ref;
      lockMap.remove(weakLockRef.key);
    }
  }

  private static final class WeakLockRef<T, K> extends WeakReference<K> {
    final T key;

    private WeakLockRef(K referent, ReferenceQueue<? super K> q, T key) {
      super(referent, q);
      this.key = key;
    }
  }
}

后記

最開始想借助 locksupport 和 AQS 來實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度鎖，寫著寫著發(fā)現(xiàn)正在實(shí)現(xiàn)的東西和java 原生的鎖區(qū)別不大，于是放棄改為對java自帶鎖的封裝，浪費(fèi)了不少時(shí)間。

實(shí)際上在實(shí)現(xiàn)了這些細(xì)粒度鎖之后，又有了新的想法，比如可以通過分段思想將數(shù)據(jù)提交給專門的線程來處理，可以減少大量線程的阻塞時(shí)間，留待日后探索...

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