Java多執行緒程式設計—鎖優化

java填坑路發表於2018-10-24

閱讀目錄

一、儘量不要鎖住方法

二、縮小同步程式碼塊,只鎖資料

三、鎖中儘量不要再包含鎖

四、將鎖私有化,在內部管理鎖

五、進行適當的鎖分解

正文

併發環境下進行程式設計時,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效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,不僅可以提高程式效能,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。下面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呼叫:

 

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

 

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

 

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

 

執行程式,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、縮小同步程式碼塊,只鎖資料

有時候為了程式設計方便,有些人會synchnoized很大的一塊程式碼,如果這個程式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。

不止是在程式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疊中有多把鎖的請求,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。下面的程式碼顯示了這種情況:

 

或是在同步塊中呼叫了同步方法:

 

解決的辦法是跳出來加鎖,不要包含加鎖:

 

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,例如下面這種情況:

 

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,對程式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:


五、進行適當的鎖分解

考慮下面這段程式:

 

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:

 

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