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關于Java多線程編程鎖優化的深入學習

2024-07-13 10:17:19
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供稿:網友

正文

并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,保證共享資源的互斥訪問。加鎖會帶來性能上的損壞,似乎是眾所周知的事情。然而,加鎖本身不會帶來多少的性能消耗,性能主要是在線程的獲取鎖的過程。如果只有一個線程競爭鎖,此時并不存在多線程競爭的情況,那么JVM會進行優化,那么這時加鎖帶來的性能消耗基本可以忽略。因此,規范加鎖的操作,優化鎖的使用方法,避免不必要的線程競爭,不僅可以提高程序性能,也能避免不規范加鎖可能造成線程死鎖問題,提高程序健壯性。下面闡述幾種鎖優化的思路。

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,那么由于整個對象被鎖住,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 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(); }}

運行程序,可以看到在線程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獲取了。

二、縮小同步代碼塊,只鎖數據

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享資源并不相關,那么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于等待狀態。尤其是一些循環操作、同步I/O操作。不止是在代碼的行數范圍上縮小同步塊,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,而不是同步之后再進行條件判斷,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鎖之后,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,這樣可能導致一個調用堆棧中有多把鎖的請求,多線程情況下可能會出現很復雜、難以分析的異常情況,導致死鎖的發生。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、將鎖私有化,在內部管理鎖

把鎖作為一個私有的對象,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,也是通過接口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

考慮下面這段程序:

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,來獲取tables中的List<Player>對象,然后判斷玩家數量是不是小于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。在這里,我們可以考慮進行鎖的分解:快速取出數據之后,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*/    }}

 


注:相關教程知識閱讀請移步到JAVA教程頻道。
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