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Java鎖優(yōu)化

Bowman_han / 2196人閱讀

摘要：一般情況下，可以從兩個(gè)角度進(jìn)行鎖優(yōu)化對(duì)單個(gè)鎖算法的優(yōu)化和對(duì)鎖粒度的細(xì)分。單個(gè)鎖的優(yōu)化自旋鎖非自旋鎖在未獲取鎖的情況會(huì)被阻塞，之后再喚醒嘗試獲得鎖。

Java鎖優(yōu)化

應(yīng)用程序在并發(fā)環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生很多問題，通常情況下，我們可以通過加鎖來解決多線程對(duì)臨界資源的訪問問題。但是加鎖往往會(huì)成為系統(tǒng)的瓶頸，因?yàn)榧渔i和釋放鎖會(huì)涉及到與操作系統(tǒng)的交互，會(huì)有很大的性能問題。那么這個(gè)時(shí)候基于鎖的優(yōu)化手段就顯得很重要了。

一般情況下，可以從兩個(gè)角度進(jìn)行鎖優(yōu)化：對(duì)單個(gè)鎖算法的優(yōu)化和對(duì)鎖粒度的細(xì)分。

1. 單個(gè)鎖的優(yōu)化 自旋鎖：

? 非自旋鎖在未獲取鎖的情況會(huì)被阻塞，之后再喚醒嘗試獲得鎖。而JDK的阻塞和喚醒是基于操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，會(huì)有系統(tǒng)資源的開銷。自旋鎖就是線程不停地循環(huán)嘗試獲得鎖，而不會(huì)將自己阻塞，這樣不會(huì)浪費(fèi)系統(tǒng)的資源開銷，但是會(huì)浪費(fèi)CPU的資源。所有現(xiàn)在的JDK大部分都是先自旋等待，如果自旋等待一段時(shí)間之后還沒有獲取到鎖，就會(huì)將當(dāng)前線程阻塞。

鎖消除：

? 當(dāng)JVM分析代碼時(shí)發(fā)現(xiàn)某個(gè)方法只被單個(gè)線程安全訪問，而且這個(gè)方法是同步方法，那么JVM就會(huì)去掉這個(gè)方法的鎖。

單個(gè)鎖優(yōu)化的瓶頸：

? 對(duì)單個(gè)鎖優(yōu)化的效果就像提高單個(gè)CPU的處理能力一樣，最終會(huì)由于各個(gè)方面的限制而達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，到達(dá)這個(gè)點(diǎn)之后優(yōu)化單個(gè)鎖的對(duì)高并發(fā)下面鎖的優(yōu)化效果越來越低。所以將一個(gè)鎖進(jìn)行粒度細(xì)分帶來的效果會(huì)很明顯，如果一個(gè)鎖保護(hù)的代碼塊被拆分成兩個(gè)鎖來保護(hù)，那么程序的效率就大約能夠提高到2倍，這個(gè)比單個(gè)鎖的優(yōu)化帶來的效果要明顯很多。常見的鎖粒度細(xì)分技術(shù)有：鎖分解和鎖分段

2. 細(xì)分鎖粒度

細(xì)分鎖粒度的目的是降低競爭鎖的概率。

2.1 鎖分解

鎖分解的核心是將無關(guān)的代碼塊，如果在一個(gè)方法中有一部分的代碼與鎖無關(guān)，一部分的代碼與鎖有關(guān)，那么可以縮小這個(gè)鎖的返回，這樣鎖操作的代碼塊就會(huì)減少，鎖競爭的可能性也會(huì)減少

縮小鎖的范圍

縮小鎖的范圍是指盡量只在必要的地方加鎖，不要擴(kuò)大加鎖的范圍，就拿單例模式舉例，范圍大的鎖可能將整個(gè)方法都加鎖了：

class Singleton {
  private Singleton instance;

  private Singleton() {
  }

  // 將整個(gè)方法加鎖
  public synchronized Singleton getInstance() {
    try {
      Thread.sleep(1000);  //do something
      if(null == instance)
        instance = new Singleton();
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }

    return instance;
  }

}

優(yōu)化后的，只將部分代碼加鎖：

class Singleton {
  private Singleton instance;

  private Singleton() {
  }

  public Singleton getInstance() {
    try {
      Thread.sleep(1000);  //do something
      // 只對(duì)部分代碼加鎖
      synchronized(this) {
        if(null == instance)
          instance = new Singleton();
      }
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }

    return instance;
  }
}
減少鎖的粒度

減少鎖的粒度是指如果一個(gè)鎖需要保護(hù)多個(gè)相互獨(dú)立的變量，那么可以將一個(gè)鎖分解為多個(gè)鎖，并且每個(gè)鎖保護(hù)一個(gè)變量，這樣就可以減少鎖沖突。看一下下面的例子：

class Demo{
  private Set allUsers = new HashSet();
  private Set allComputers = new HashSet();

  //公用一把鎖
  public synchronized void addUser(String user){ 
    allUsers.add(user);
  }
  
  public synchronized void addComputer(String computer){
    allComputers.add(computer);
  }
}

縮小鎖的粒度后，將一個(gè)鎖拆分為多個(gè)：

class Demo{
  private Set allUsers = new HashSet();
  private Set allComputers = new HashSet();
  
  //分解為兩把鎖
  public void addUser(String user){ 
    synchronized (allUsers){
      allUsers.add(user);
    }
  }
  
  public void addComputer(String computer){
    synchronized (allComputers){
      allComputers.add(computer);
    }
  }
}

如上的方法把一個(gè)鎖分解為2個(gè)鎖時(shí)候，采用兩個(gè)線程時(shí)候，大約能夠使程序的效率提升一倍。

2.2 鎖分段

鎖分段和縮小鎖的粒度類似，就是將鎖細(xì)分的粒度更多，比如將一個(gè)數(shù)組的每個(gè)位置當(dāng)做多帶帶的鎖。JDK8以前ConcurrentHashMap就使用了鎖分段技術(shù)，它將散列數(shù)組分成多個(gè)Segment，每個(gè)Segment存儲(chǔ)了實(shí)際的數(shù)據(jù)，訪問數(shù)據(jù)的時(shí)候只需要對(duì)數(shù)據(jù)所在的Segment加鎖就行。

參考：
Java鎖分解鎖分段技術(shù)： http://guochenglai.com/2016/0...


ConcurrentHashMap的鎖分段技術(shù)：https://blog.csdn.net/yansong...

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