Java多线程编程 — 锁优化

开发 后端
并发环境下进行编程时,需要使用锁机制来同步多线程间的操作,保证共享资源的互斥访问。加锁会带来性能上的损坏,似乎是众所周知的事情。然而,加锁本身不会带来多少的性能消耗,性能主要是在线程的获取锁的过程。

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一、尽量不要锁住方法

二、缩小同步代码块,只锁数据

三、锁中尽量不要再包含锁

四、将锁私有化,在内部管理锁

五、进行适当的锁分解

正文

并发环境下进行编程时,需要使用锁机制来同步多线程间的操作,保证共享资源的互斥访问。加锁会带来性能上的损坏,似乎是众所周知的事情。然而,加锁本身不会带来多少的性能消耗,性能主要是在线程的获取锁的过程。

如果只有一个线程竞争锁,此时并不存在多线程竞争的情况,那么JVM会进行优化,那么这时加锁带来的性能消耗基本可以忽略。因此,规范加锁的操作,优化锁的使用方法,避免不必要的线程竞争,不仅可以提高程序性能,也能避免不规范加锁可能造成线程死锁问题,提高程序健壮性。下面阐述几种锁优化的思路。

一、尽量不要锁住方法

在普通成员函数上加锁时,线程获得的是该方法所在对象的对象锁。此时整个对象都会被锁住。这也意味着,如果这个对象提供的多个同步方法是针对不同业务的,那么由于整个对象被锁住,一个业务业务在处理时,其他不相关的业务线程也必须wait。下面的例子展示了这种情况:

LockMethod类包含两个同步方法,分别在两种业务处理中被调用:

 

  1. public class LockMethod   { 
  2.     public synchronized void busiA() { 
  3.         for (int i = 0; i < 10000; i++) { 
  4.             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "deal with bussiness A:"+i); 
  5.         } 
  6.     } 
  7.     public synchronized void busiB() { 
  8.         for (int i = 0; i < 10000; i++) { 
  9.             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "deal with bussiness B:"+i); 
  10.         } 
  11.     } 

BUSSA是线程类,用来处理A业务,调用的是LockMethod的busiA()方法:

 

  1. public class BUSSA extends Thread { 
  2.     LockMethod lockMethod; 
  3.     void deal(LockMethod lockMethod){ 
  4.         this.lockMethod = lockMethod; 
  5.     } 
  6.  
  7.     @Override 
  8.     public void run() { 
  9.         super.run(); 
  10.         lockMethod.busiA(); 
  11.     } 

BUSSB是线程类,用来处理B业务,调用的是LockMethod的busiB()方法:

 

  1. public class BUSSB extends Thread { 
  2.     LockMethod lockMethod; 
  3.     void deal(LockMethod lockMethod){ 
  4.         this.lockMethod = lockMethod; 
  5.     } 
  6.  
  7.     @Override 
  8.     public void run() { 
  9.         super.run(); 
  10.         lockMethod.busiB(); 
  11.     } 

TestLockMethod类,使用线程BUSSA与BUSSB进行业务处理:

 

  1. public class TestLockMethod extends Thread { 
  2.  
  3.     public static void main(String[] args) { 
  4.         LockMethod lockMethod = new LockMethod(); 
  5.         BUSSA bussa = new BUSSA(); 
  6.         BUSSB bussb = new BUSSB(); 
  7.         bussa.deal(lockMethod); 
  8.         bussb.deal(lockMethod); 
  9.         bussa.start(); 
  10.         bussb.start(); 
  11.  
  12.     } 
  13. 运行程 

运行程序,可以看到在线程bussa 执行的过程中,bussb是不能够进入函数 busiB()的,因为此时lockMethod 的对象锁被线程bussa获取了。

二、缩小同步代码块,只锁数据

有时候为了编程方便,有些人会synchnoized很大的一块代码,如果这个代码块中的某些操作与共享资源并不相关,那么应当把它们放到同步块外部,避免长时间的持有锁,造成其他线程一直处于等待状态。尤其是一些循环操作、同步I/O操作。

不止是在代码的行数范围上缩小同步块,在执行逻辑上,也应该缩小同步块,例如多加一些条件判断,符合条件的再进行同步,而不是同步之后再进行条件判断,尽量减少不必要的进入同步块的逻辑。

三、锁中尽量不要再包含锁

这种情况经常发生,线程在得到了A锁之后,在同步方法块中调用了另外对象的同步方法,获得了第二个锁,这样可能导致一个调用堆栈中有多把锁的请求,多线程情况下可能会出现很复杂、难以分析的异常情况,导致死锁的发生。下面的代码显示了这种情况:

 

  1. synchronized(A){  
  2.    synchronized(B){  
  3.       }   

或是在同步块中调用了同步方法:

 

  1. synchronized(A){  
  2.     B  b = objArrayList.get(0); 
  3.     b.method(); //这是一个同步方法 

解决的办法是跳出来加锁,不要包含加锁:

 

  1.      B b = null
  2.  
  3.  synchronized(A){ 
  4.     b = objArrayList.get(0); 
  5.   } 
  6.   b.method(); 

四、将锁私有化,在内部管理锁

把锁作为一个私有的对象,外部不能拿到这个对象,更安全一些。对象可能被其他线程直接进行加锁操作,此时线程便持有了该对象的对象锁,例如下面这种情况:

 

  1. class A { 
  2.     public void method1() { 
  3.     } 
  4.  
  5. class B { 
  6.     public void method1() { 
  7.         A a = new A(); 
  8.         synchronized (a) { //直接进行加锁 
  9.       a.method1(); 
  10.  
  11.         } 
  12.     } 

这种使用方式下,对象a的对象锁被外部所持有,让这把锁在外部多个地方被使用是比较危险的,对代码的逻辑流程阅读也造成困扰。一种更好的方式是在类的内部自己管理锁,外部需要同步方案时,也是通过接口方式来提供同步操作:

 

  1. class A { 
  2.     private Object lock = new Object(); 
  3.     public void method1() { 
  4.         synchronized (lock){ 
  5.  
  6.         } 
  7.     } 
  8.  
  9. class B { 
  10.     public void method1() { 
  11.         A a = new A(); 
  12.         a.method1(); 
  13.     } 

五、进行适当的锁分解

考虑下面这段程序:

 

  1. public class GameServer { 
  2.   public Map<String, List<Player>> tables = new HashMap<String, List<Player>>(); 
  3.  
  4.   public void join(Player player, Table table) { 
  5.     if (player.getAccountBalance() > table.getLimit()) { 
  6.       synchronized (tables) { 
  7.         List<Player> tablePlayers = tables.get(table.getId()); 
  8.         if (tablePlayers.size() < 9) { 
  9.           tablePlayers.add(player); 
  10.         } 
  11.       } 
  12.     } 
  13.   } 
  14.   public void leave(Player player, Table table) {/*省略*/}  
  15.   public void createTable() {/*省略*/}  
  16.   public void destroyTable(Table table) {/*省略*/} 

在这个例子中,join方法只使用一个同步锁,来获取tables中的List对象,然后判断玩家数量是不是小于9,如果是,就调增加一个玩家。当有成千上万个List存在tables中时,对tables锁的竞争将非常激烈。

在这里,我们可以考虑进行锁的分解:快速取出数据之后,对List对象进行加锁,让其他线程可快速竞争获得tables对象锁:

 

  1. public class GameServer { 
  2.   public Map<String, List<Player>> tables = new HashMap<String, List<Player>>(); 
  3.  
  4.   public void join(Player player, Table table) { 
  5.     if (player.getAccountBalance() > table.getLimit()) { 
  6.       List<Player> tablePlayers = null
  7.       synchronized (tables) { 
  8.           tablePlayers = tables.get(table.getId()); 
  9.       } 
  10.  
  11.       synchronized (tablePlayers) { 
  12.         if (tablePlayers.size() < 9) { 
  13.           tablePlayers.add(player); 
  14.         } 
  15.       } 
  16.     } 
  17.   } 
  18.  
  19.  public void leave(Player player, Table table) {/*省略*/}  
  20.  public void createTable() {/*省略*/}  
  21.  public void destroyTable(Table table) {/*省略*/} 

 

责任编辑:庞桂玉 来源: Java知音
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