Java锁优化
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。
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