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Java 多執行緒編程 — 鎖優化

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來源:melonstreet,

www.cnblogs.com/QG-whz/p/8351298.html

併發環境下進行編程時,需要使用鎖機制來同步多執行緒間的操作,保證共享資源的互斥訪問。加鎖會帶來性能上的損壞,似乎是眾所周知的事情。然而,加鎖本身不會帶來多少的性能消耗,性能主要是在執行緒的獲取鎖的過程。如果只有一個執行緒競爭鎖,此時並不存在多執行緒競爭的情況,那麼JVM會進行優化,那麼這時加鎖帶來的性能消耗基本可以忽略。因此,規範加鎖的操作,優化鎖的使用方法,避免不必要的執行緒競爭,不僅可以提高程式性能,也能避免不規範加鎖可能造成執行緒死鎖問題,提高程式健壯性。下麵闡述幾種鎖優化的思路。

一、儘量不要鎖住方法

在普通成員函式上加鎖時,執行緒獲得的是該方法所在物件的物件鎖。此時整個物件都會被鎖住。這也意味著,如果這個物件提供的多個同步方法是針對不同業務的,那麼由於整個物件被鎖住,一個業務業務在處理時,其他不相關的業務執行緒也必須wait。下麵的例子展示了這種情況:

LockMethod類包含兩個同步方法,分別在兩種業務處理中被呼叫:

public class LockMethod   {

    public synchronized void busiA() {

        for (int i = 0; i < 10000; i++) {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “deal with bussiness A:”+i);

        }

    }

    public synchronized void busiB() {

        for (int i = 0; i < 10000; i++) {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “deal with bussiness B:”+i);

        }

    }

}

BUSSA是執行緒類,用來處理A業務,呼叫的是LockMethod的busiA()方法:

public class BUSSA extends Thread {

    LockMethod lockMethod;

    void deal(LockMethod lockMethod){

        this.lockMethod = lockMethod;

    }

 

    @Override

    public void run() {

        super.run();

        lockMethod.busiA();

    }

}

BUSSB是執行緒類,用來處理B業務,呼叫的是LockMethod的busiB()方法:

public class BUSSB extends Thread {

    LockMethod lockMethod;

    void deal(LockMethod lockMethod){

        this.lockMethod = lockMethod;

    }

 

    @Override

    public void run() {

        super.run();

        lockMethod.busiB();

    }

}

TestLockMethod類,使用執行緒BUSSA與BUSSB進行業務處理:

public class TestLockMethod extends Thread {

 

    public static void main(String[] args) {

        LockMethod lockMethod = new LockMethod();

        BUSSA bussa = new BUSSA();

        BUSSB bussb = new BUSSB();

        bussa.deal(lockMethod);

        bussb.deal(lockMethod);

        bussa.start();

        bussb.start();

 

    }

}

運行程式,可以看到在執行緒bussa 執行的過程中,bussb是不能夠進入函式 busiB()的,因為此時lockMethod 的物件鎖被執行緒bussa獲取了。

二、縮小同步代碼塊,只鎖資料

有時候為了編程方便,有些人會synchnoized很大的一塊代碼,如果這個代碼塊中的某些操作與共享資源並不相關,那麼應當把它們放到同步塊外部,避免長時間的持有鎖,造成其他執行緒一直處於等待狀態。尤其是一些迴圈操作、同步I/O操作。不止是在代碼的行數範圍上縮小同步塊,在執行邏輯上,也應該縮小同步塊,例如多加一些條件判斷,符合條件的再進行同步,而不是同步之後再進行條件判斷,儘量減少不必要的進入同步塊的邏輯。

三、鎖中儘量不要再包含鎖

這種情況經常發生,執行緒在得到了A鎖之後,在同步方法塊中呼叫了另外物件的同步方法,獲得了第二個鎖,這樣可能導致一個呼叫堆棧中有多把鎖的請求,多執行緒情況下可能會出現很複雜、難以分析的異常情況,導致死鎖的發生。下麵的代碼顯示了這種情況:

synchronized(A){

 

   synchronized(B){

   

      }  

}

或是在同步塊中呼叫了同步方法:

synchronized(A){

 

    B  b = objArrayList.get(0);

    b.method(); //這是一個同步方法

}

解決的辦法是跳出來加鎖,不要包含加鎖:

{

     B b = null;

    

 synchronized(A){

    b = objArrayList.get(0);

  }

  b.method();

}

四、將鎖私有化,在內部管理鎖

把鎖作為一個私有的物件,外部不能拿到這個物件,更安全一些。物件可能被其他執行緒直接進行加鎖操作,此時執行緒便持有了該物件的物件鎖,例如下麵這種情況:

class A {

    public void method1() {

    }

}

 

class B {

    public void method1() {

        A a = new A();

        synchronized (a) { //直接進行加鎖

      a.method1();

 

        }

    }

}

這種使用方式下,物件a的物件鎖被外部所持有,讓這把鎖在外部多個地方被使用是比較危險的,對代碼的邏輯流程閱讀也造成困擾。一種更好的方式是在類的內部自己管理鎖,外部需要同步方案時,也是通過接口方式來提供同步操作:

class A {

    private Object lock = new Object();

    public void method1() {

        synchronized (lock){

             

        }

    }

}

 

class B {

    public void method1() {

        A a = new A();

        a.method1();

    }

}

五、進行適當的鎖分解

考慮下麵這段程式:

public class GameServer {

  public Map> tables = new HashMap>();

 

  public void join(Player player, Table table) {

    if (player.getAccountBalance() > table.getLimit()) {

      synchronized (tables) {

        List tablePlayers = tables.get(table.getId());

        if (tablePlayers.size() < 9) {

          tablePlayers.add(player);

        }

      }

    }

  }

  public void leave(Player player, Table table) {/*省略*/} 

  public void createTable() {/*省略*/} 

  public void destroyTable(Table table) {/*省略*/}

}

在這個例子中,join方法只使用一個同步鎖,來獲取tables中的List物件,然後判斷玩家數量是不是小於9,如果是,就調增加一個玩家。當有成千上萬個List存在tables中時,對tables鎖的競爭將非常激烈。在這裡,我們可以考慮進行鎖的分解:快速取出資料之後,對List物件進行加鎖,讓其他執行緒可快速競爭獲得tables物件鎖:

public class GameServer {

  public Map> tables = new HashMap>();

 

  public void join(Player player, Table table) {

    if (player.getAccountBalance() > table.getLimit()) {

      List tablePlayers = null;

      synchronized (tables) {

          tablePlayers = tables.get(table.getId());

      }

       

      synchronized (tablePlayers) {

        if (tablePlayers.size() < 9) {

          tablePlayers.add(player);

        }

      }

    }

  }

 

 public void leave(Player player, Table table) {/*省略*/} 

 public void createTable() {/*省略*/} 

 public void destroyTable(Table table) {/*省略*/}

}

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