Java锁优化

  1. 云栖社区>
  2. 博客>
  3. 正文

Java锁优化

java架构 2018-06-02 20:26:41 浏览333
展开阅读全文

Java锁优化

应用程序在并发环境下会产生很多问题,通常情况下,我们可以通过加锁来解决多线程对临界资源的访问问题。但是加锁往往会成为系统的瓶颈,因为加锁和释放锁会涉及到与操作系统的交互,会有很大的性能问题。那么这个时候基于锁的优化手段就显得很重要了。

一般情况下,可以从两个角度进行锁优化:对单个锁算法的优化和对锁粒度的细分。

1. 单个锁的优化

自旋锁:

​ 非自旋锁在未获取锁的情况会被阻塞,之后再唤醒尝试获得锁。而JDK的阻塞和唤醒是基于操作系统实现的,会有系统资源的开销。自旋锁就是线程不停地循环尝试获得锁,而不会将自己阻塞,这样不会浪费系统的资源开销,但是会浪费CPU的资源。所有现在的JDK大部分都是先自旋等待,如果自旋等待一段时间之后还没有获取到锁,就会将当前线程阻塞。

锁消除:

​ 当JVM分析代码时发现某个方法只被单个线程安全访问,而且这个方法是同步方法,那么JVM就会去掉这个方法的锁。

单个锁优化的瓶颈:

​ 对单个锁优化的效果就像提高单个CPU的处理能力一样,最终会由于各个方面的限制而达到一个平衡点,到达这个点之后优化单个锁的对高并发下面锁的优化效果越来越低。所以将一个锁进行粒度细分带来的效果会很明显,如果一个锁保护的代码块被拆分成两个锁来保护,那么程序的效率就大约能够提高到2倍,这个比单个锁的优化带来的效果要明显很多。常见的锁粒度细分技术有:锁分解和锁分段

2. 细分锁粒度

细分锁粒度的目的是降低竞争锁的概率。

2.1 锁分解

锁分解的核心是将无关的代码块,如果在一个方法中有一部分的代码与锁无关,一部分的代码与锁有关,那么可以缩小这个锁的返回,这样锁操作的代码块就会减少,锁竞争的可能性也会减少

缩小锁的范围

缩小锁的范围是指尽量只在必要的地方加锁,不要扩大加锁的范围,就拿单例模式举例,范围大的锁可能将整个方法都加锁了:

class Singleton {
  private Singleton instance;

  private Singleton() {
  }

  // 将整个方法加锁
  public synchronized Singleton getInstance() {
    try {
      Thread.sleep(1000);  //do something
      if(null == instance)
        instance = new Singleton();
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }

    return instance;
  }

}

优化后的,只将部分代码加锁:

class Singleton {
  private Singleton instance;

  private Singleton() {
  }

  public Singleton getInstance() {
    try {
      Thread.sleep(1000);  //do something
      // 只对部分代码加锁
      synchronized(this) {
        if(null == instance)
          instance = new Singleton();
      }
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }

    return instance;
  }
}

减少锁的粒度

减少锁的粒度是指如果一个锁需要保护多个相互独立的变量,那么可以将一个锁分解为多个锁,并且每个锁保护一个变量,这样就可以减少锁冲突。看一下下面的例子:

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

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

缩小锁的粒度后,将一个锁拆分为多个:

class Demo{
  private Set<String> allUsers = new HashSet<String>();
  private Set<String> allComputers = new HashSet<String>();
  
  //分解为两把锁
  public void addUser(String user){ 
    synchronized (allUsers){
      allUsers.add(user);
    }
  }
  
  public void addComputer(String computer){
    synchronized (allComputers){
      allComputers.add(computer);
    }
  }
}

如上的方法把一个锁分解为2个锁时候,采用两个线程时候,大约能够使程序的效率提升一倍。

2.2 锁分段

锁分段和缩小锁的粒度类似,就是将锁细分的粒度更多,比如将一个数组的每个位置当做单独的锁。JDK8以前ConcurrentHashMap就使用了锁分段技术,它将散列数组分成多个Segment,每个Segment存储了实际的数据,访问数据的时候只需要对数据所在的Segment加锁就行。

网友评论

登录后评论
0/500
评论
java架构
+ 关注