Java高并發(fā)下鎖的優(yōu)化詳解
簡述
鎖是最常用的同步方法之一。在高并發(fā)的環(huán)境下,激烈的鎖競爭會導致程序的性能下降。
下面是一些關于鎖的使用建議,可以把這種副作用降到最低。
減少鎖持有時間
對于使用鎖進行并發(fā)控制的應用程序而言,在鎖競爭過程中,單個線程對鎖的持有時間與系統(tǒng)性能有著直接的關系。
如果線程持有鎖的時間很長,那么相對地,鎖的競爭程序也就越激烈。
應該盡可能地減少對某個鎖的占有時間,以減少程序間互斥的可能。
public synchronized void syncMethod() { otherCode1(); //無同步控制需要 needSynMethod(); //有同步控制需要 otherCode2(); //無同步控制需要 } public void syncMethod2() { otherCode1(); //無同步控制需要 synchronized(this) { needSynMethod(); //有同步控制需要 } otherCode2(); //無同步控制需要 }
說明:減少鎖的持有時間有助于降低鎖沖突的可能性,進而提升系統(tǒng)的并發(fā)能力。
減少鎖粒度
減少鎖粒度也是一種削弱多線程鎖競爭的有效手段。這種技術典型的使用場景就是ConcurrentHashMap類的實現(xiàn)。ConcurrentHashMap和Hashtable主要區(qū)別就是圍繞著鎖的粒度以及如何鎖,可以簡單理解成把一個大的HashTable分解成多個,形成了鎖分離。而Hashtable的實現(xiàn)方式是—鎖整個hash表。concurrentHashMap內(nèi)部細分了若干個小的hashMap,稱之為段(segment),默認情況下,被細分為16個段。新增的時候根據(jù)key的hashcode計算出應該存放到哪一個段中,然后對這個段枷鎖,完成put()操作。就是說,最多可以同時接收16個線程同時插入(前提是16個不同段插入),從而大大提高吞吐量。但是,減少鎖粒度會引入一個新的問題,即:當系統(tǒng)需要取得全局鎖時,其消耗的資源會比較多。需要遍歷每一個段,對每一個段進行加鎖,最后還要對每一個段進行解鎖。concurrentHashMap的size()方法會先使用無鎖的方式求和,如果失敗才會嘗試這種加鎖的方法。所以,在高并發(fā)場合,size()的性能差于同步的Hashmap,適用于size()調(diào)用少的場合。 說明:所謂減少鎖粒度,就是指縮小鎖定對象的范圍,從而減少鎖沖突的可能性,進行提供系統(tǒng)的并發(fā)能力。
讀寫分離鎖來替換獨占鎖
ReadWriteLock讀寫分離鎖替代獨占鎖是減少鎖粒度的一種特殊情況。減少鎖粒度是通過分割數(shù)據(jù)結構來實現(xiàn)的,而讀寫鎖則是對系統(tǒng)功能點的分割。 讀操作本身不會影響數(shù)據(jù)的完整性和一致性。因此,理論上講,在大部分情況下,應該可以允許多想成同時讀。 讀寫鎖的訪問約束情況:讀-讀(非阻塞)、讀-寫(阻塞)、寫-讀(阻塞)、寫-寫(阻塞)
public class ReadWriteLockTest2 { public static void main(String[] args) { //創(chuàng)建一個鎖對象 ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(false); //創(chuàng)建一個線程池 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2); //創(chuàng)建一些并發(fā)訪問 RWRun rw1 = new RWRun(lock,true); RWRun rw2 = new RWRun(lock,true); RWRun rw3 = new RWRun(lock,false); //在線程池中執(zhí)行各個的操作 pool.execute(rw1); pool.execute(rw2); pool.execute(rw3); //關閉線程池 pool.shutdown(); } } class RWRun implements Runnable { private ReadWriteLock myLock; //執(zhí)行操作所需的鎖對象 private boolean ischeck; //是否查詢 public RWRun(ReadWriteLock myLock, boolean ischeck) { super(); this.myLock = myLock; this.ischeck = ischeck; } public void run() { if (ischeck) { //獲取讀鎖 myLock.readLock().lock(); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //釋放讀鎖 myLock.readLock().unlock(); } else { //獲取寫鎖 myLock.writeLock().lock(); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //釋放寫鎖 myLock.writeLock().unlock(); } } }
上面執(zhí)行完的時間為2秒鐘,如果是獨占鎖 就需要3秒鐘 結論:在讀多寫少的場合,使用讀寫鎖可以有效提升系統(tǒng)的并發(fā)能力。
鎖分離
在LinkedBlockingQueue的實現(xiàn)中,take()和put()分別實現(xiàn)了從隊列中取得數(shù)據(jù)和往隊列中增加數(shù)據(jù)的功能。
雖然兩個函數(shù)都對當前隊列進行了修改操作,但由于是基于鏈表的,因此,兩個操作分別作用于隊列的前端和尾端,從理論上來說,兩者并不沖突。
所以在JDK中,采用了兩把不同的鎖,分離了toke()和put()的操作,實現(xiàn)了可并發(fā)的操作。
//take()函數(shù)需要持有的鎖 private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock(); private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition(); //put()函數(shù)需要持有的鎖 private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock(); private final Condition notFull = putLock.newCondition();
鎖粗化
虛擬機在遇到一連串連續(xù)地對同一鎖不斷進行請求和釋放的操作時,便會把所有的鎖操作整合成對鎖的一次請求,從而減少對鎖的請求同步次數(shù),這個操作叫做鎖的粗化。
例子:在循環(huán)內(nèi)請求鎖時。
for (int i =0 i < n; i++) { synchronized (lock) { doSomething(); } }
更加合理的做法應該是在外層只請求一次鎖
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