Java多線程編程執行個體—鎖最佳化

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上載者:User

Java多線程編程執行個體—鎖最佳化

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並發環境下進行編程時,需要使用鎖機制來同步多線程間的操作,保證共用資源的互斥訪問。加鎖會帶來效能上的損壞,似乎是眾所周知的事情。然而,加鎖本身不會帶來多少的效能消耗,效能主要是線上程的擷取鎖的過程。如果只有一個線程競爭鎖,此時並不存在多線程競爭的情況,那麼JVM會進行最佳化,那麼這時加鎖帶來的效能消耗基本可以忽略。因此,規範加鎖的操作,最佳化鎖的使用方法,避免不必要的線程競爭,不僅可以提高程式效能,也能避免不規範加鎖可能造成線程死結問題,提高程式健壯性。下面闡述幾種鎖最佳化的思路。

一、盡量不要鎖住方法

在普通成員函數上加鎖時,線程獲得的是該方法所在對象的對象鎖。此時整個對象都會被鎖住。這也意味著,如果這個對象提供的多個同步方法是針對不同業務的,那麼由於整個對象被鎖住,一個業務業務在處理時,其他不相關的業務線程也必須wait。下面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調用:

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是線程類,用來處理A業務,調用的是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是線程類,用來處理B業務,調用的是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,使用線程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,可以看到線上程bussa 執行的過程中,bussb是不能夠進入函數 busiB()的,因為此時lockMethod 的對象鎖被線程bussa擷取了。

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用資源並不相關,那麼應當把它們放到同步塊外部,避免長時間的持有鎖,造成其他線程一直處於等待狀態。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,合格再進行同步,而不是同步之後再進行條件判斷,盡量減少不必要的進入同步塊的邏輯。

三、鎖中盡量不要再包含鎖

這種情況經常發生,線程在得到了A鎖之後,在同步方法塊中調用了另外對象的同步方法,獲得了第二個鎖,這樣可能導致一個呼叫堆疊中有多把鎖的請求,多線程情況下可能會出現很複雜、難以分析的異常情況,導致死結的發生。下面的代碼顯示了這種情況:

synchronized(A){

  synchronized(B){
 
      } 
}

或是在同步塊中調用了同步方法:

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、將鎖私人化,在內部管理鎖

把鎖作為一個私人的對象,外部不能拿到這個對象,更安全一些。對象可能被其他線程直接進行加鎖操作,此時線程便持有了該對象的對象鎖,例如下面這種情況:

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,對象a的對象鎖被外部所持有,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,也是通過介面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

考慮下面這段程式:

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*/}
}

在這個例子中,join方法只使用一個同步鎖,來擷取tables中的List<Player>對象,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<Player>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<Player>對象進行加鎖,讓其他線程可快速競爭獲得tables對象鎖:

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()) {
      List<Player> 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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