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关于Java多线程编程锁优化的深入学习

时间:2021-03-27 11:28     来源/作者:melonstreet

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:

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

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public class BUSSB extends Thread {
 LockMethod lockMethod;
 void deal(LockMethod lockMethod){
  this.lockMethod = lockMethod;
 }
 
 @Override
 public void run() {
  super.run();
  lockMethod.busiB();
 }
}

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

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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();
 }
}

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:

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synchronized(A){
 synchronized(B){
  }
}

或是在同步块中调用了同步方法:

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synchronized(A){
 B b = objArrayList.get(0);
 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:

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{
  B b = null;
 synchronized(A){
 b = objArrayList.get(0);
 }
 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:

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class A {
 public void method1() {
 }
}
class B {
 public void method1() {
  A a = new A();
  synchronized (a) { //直接进行加锁      a.method1();
  }
 }
}

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:

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class A {
 private Object lock = new Object();
 public void method1() {
  synchronized (lock){
   
  }
 }
}
class B {
 public void method1() {
  A a = new A();
  a.method1();
 }
}

五、进行适当的锁分解

考虑下面这段程序:

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public class GameServer {
 public Map<String, List<Player>> tables = new HashMap<String, List<Player>>();
 public void join(Player player, Table table) {
 if (player.getAccountBalance() > table.getLimit()) {
  synchronized (tables) {
  List<Player> 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*/}
}

在这个例子中,join方法只使用一个同步锁,来获取tables中的List<Player>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<Player>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<Player>对象进行加锁,让其他线程可快速竞争获得tables对象锁:

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public class GameServer {<br>    public Map < String,<br>    List < Player >> tables = new HashMap < String,<br>    List < Player >> ();<br>    public void join(Player player, Table table) {<br>        if (player.getAccountBalance() > table.getLimit()) {<br>            List < Player > tablePlayers = null;<br>            synchronized(tables) {<br>                tablePlayers = tables.get(table.getId());<br>            }<br>            synchronized(tablePlayers) {<br>                if (tablePlayers.size() < 9) {<br>                    tablePlayers.add(player);<br>                }<br>            }<br>        }<br>    }<br>    public void leave(Player player, Table table) {<br>        /*省略*/<br>    }<br>    public void createTable() {<br>        /*省略*/<br>    }<br>    public void destroyTable(Table table) {<br>        /*省略*/<br>    }<br>}

原文链接:https://www.cnblogs.com/QG-whz/p/8351298.html

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