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Java多線程編程—鎖優(yōu)化

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一、盡量不要鎖住方法

二、縮小同步代碼塊，只鎖數(shù)據(jù)

三、鎖中盡量不要再包含鎖

四、將鎖私有化，在內(nèi)部管理鎖

五、進(jìn)行適當(dāng)?shù)逆i分解

正文

并發(fā)環(huán)境下進(jìn)行編程時(shí)，需要使用鎖機(jī)制來(lái)同步多線程間的操作，保證共享資源的互斥訪問(wèn)。加鎖會(huì)帶來(lái)性能上的損壞，似乎是眾所周知的事情。然而，加鎖本身不會(huì)帶來(lái)多少的性能消耗，性能主要是在線程的獲取鎖的過(guò)程。

如果只有一個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)鎖，此時(shí)并不存在多線程競(jìng)爭(zhēng)的情況，那么JVM會(huì)進(jìn)行優(yōu)化，那么這時(shí)加鎖帶來(lái)的性能消耗基本可以忽略。因此，規(guī)范加鎖的操作，優(yōu)化鎖的使用方法，避免不必要的線程競(jìng)爭(zhēng)，不僅可以提高程序性能，也能避免不規(guī)范加鎖可能造成線程死鎖問(wèn)題，提高程序健壯性。下面闡述幾種鎖優(yōu)化的思路。

一、盡量不要鎖住方法

在普通成員函數(shù)上加鎖時(shí)，線程獲得的是該方法所在對(duì)象的對(duì)象鎖。此時(shí)整個(gè)對(duì)象都會(huì)被鎖住。這也意味著，如果這個(gè)對(duì)象提供的多個(gè)同步方法是針對(duì)不同業(yè)務(wù)的，那么由于整個(gè)對(duì)象被鎖住，一個(gè)業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)在處理時(shí)，其他不相關(guān)的業(yè)務(wù)線程也必須wait。下面的例子展示了這種情況：

LockMethod類包含兩個(gè)同步方法，分別在兩種業(yè)務(wù)處理中被調(diào)用：

 
 
 
    
  
  
  
  1. public class LockMethod   { 
    2. 
  
  
  
  2.     public synchronized void busiA() { 
    3. 
  
  
  
  3.         for (int i = 0; i < 10000; i++) { 
    4. 
  
  
  
  4.             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "deal with bussiness A:"+i); 
    5. 
  
  
  
  5.         } 
    6. 
  
  
  
  6.     } 
    7. 
  
  
  
  7.     public synchronized void busiB() { 
    8. 
  
  
  
  8.         for (int i = 0; i < 10000; i++) { 
    9. 
  
  
  
  9.             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "deal with bussiness B:"+i); 
    10. 
  
  
  
  10.         } 
    11. 
  
  
  
  11.     } 
    12. 
  
  
  
  12. } 
    13.

BUSSA是線程類，用來(lái)處理A業(yè)務(wù)，調(diào)用的是LockMethod的busiA()方法：

 
 
 
    
  
  
  
  1. public class BUSSA extends Thread { 
    2. 
  
  
  
  2.     LockMethod lockMethod; 
    3. 
  
  
  
  3.     void deal(LockMethod lockMethod){ 
    4. 
  
  
  
  4.         this.lockMethod = lockMethod; 
    5. 
  
  
  
  5.     } 
    6. 
  
  
  
  6.  
    7. 
  
  
  
  7.     @Override 
    8. 
  
  
  
  8.     public void run() { 
    9. 
  
  
  
  9.         super.run(); 
    10. 
  
  
  
  10.         lockMethod.busiA(); 
    11. 
  
  
  
  11.     } 
    12. 
  
  
  
  12. } 
    13.

BUSSB是線程類，用來(lái)處理B業(yè)務(wù)，調(diào)用的是LockMethod的busiB()方法：

 
 
 
    
  
  
  
  1. public class BUSSB extends Thread { 
    2. 
  
  
  
  2.     LockMethod lockMethod; 
    3. 
  
  
  
  3.     void deal(LockMethod lockMethod){ 
    4. 
  
  
  
  4.         this.lockMethod = lockMethod; 
    5. 
  
  
  
  5.     } 
    6. 
  
  
  
  6.  
    7. 
  
  
  
  7.     @Override 
    8. 
  
  
  
  8.     public void run() { 
    9. 
  
  
  
  9.         super.run(); 
    10. 
  
  
  
  10.         lockMethod.busiB(); 
    11. 
  
  
  
  11.     } 
    12. 
  
  
  
  12. } 
    13.

TestLockMethod類，使用線程BUSSA與BUSSB進(jìn)行業(yè)務(wù)處理：

 
 
 
    
  
  
  
  1. public class TestLockMethod extends Thread { 
    2. 
  
  
  
  2.  
    3. 
  
  
  
  3.     public static void main(String[] args) { 
    4. 
  
  
  
  4.         LockMethod lockMethod = new LockMethod(); 
    5. 
  
  
  
  5.         BUSSA bussa = new BUSSA(); 
    6. 
  
  
  
  6.         BUSSB bussb = new BUSSB(); 
    7. 
  
  
  
  7.         bussa.deal(lockMethod); 
    8. 
  
  
  
  8.         bussb.deal(lockMethod); 
    9. 
  
  
  
  9.         bussa.start(); 
    10. 
  
  
  
  10.         bussb.start(); 
    11. 
  
  
  
  11.  
    12. 
  
  
  
  12.     } 
    13. 
  
  
  
  13. } 
    14. 
  
  
  
  14. 運(yùn)行程 
    15.

運(yùn)行程序，可以看到在線程bussa 執(zhí)行的過(guò)程中，bussb是不能夠進(jìn)入函數(shù) busiB()的，因?yàn)榇藭r(shí)lockMethod 的對(duì)象鎖被線程bussa獲取了。

二、縮小同步代碼塊，只鎖數(shù)據(jù)

有時(shí)候?yàn)榱司幊谭奖?，有些人?huì)synchnoized很大的一塊代碼，如果這個(gè)代碼塊中的某些操作與共享資源并不相關(guān)，那么應(yīng)當(dāng)把它們放到同步塊外部，避免長(zhǎng)時(shí)間的持有鎖，造成其他線程一直處于等待狀態(tài)。尤其是一些循環(huán)操作、同步I/O操作。

不止是在代碼的行數(shù)范圍上縮小同步塊，在執(zhí)行邏輯上，也應(yīng)該縮小同步塊，例如多加一些條件判斷，符合條件的再進(jìn)行同步，而不是同步之后再進(jìn)行條件判斷，盡量減少不必要的進(jìn)入同步塊的邏輯。

三、鎖中盡量不要再包含鎖

這種情況經(jīng)常發(fā)生，線程在得到了A鎖之后，在同步方法塊中調(diào)用了另外對(duì)象的同步方法，獲得了第二個(gè)鎖，這樣可能導(dǎo)致一個(gè)調(diào)用堆棧中有多把鎖的請(qǐng)求，多線程情況下可能會(huì)出現(xiàn)很復(fù)雜、難以分析的異常情況，導(dǎo)致死鎖的發(fā)生。下面的代碼顯示了這種情況：

 
 
 
    
  
  
  
  1. synchronized(A){  
    2. 
  
  
  
  2.    synchronized(B){  
    3. 
  
  
  
  3.       }   } 
    4.

或是在同步塊中調(diào)用了同步方法：

 
 
 
    
  
  
  
  1. synchronized(A){  
    2. 
  
  
  
  2.     B  b = objArrayList.get(0); 
    3. 
  
  
  
  3.     b.method(); //這是一個(gè)同步方法 
    4. 
  
  
  
  4. } 
    5.

解決的辦法是跳出來(lái)加鎖，不要包含加鎖：

 
 
 
    
  
  
  
  1. { 
    2. 
  
  
  
  2.      B b = null; 
    3. 
  
  
  
  3.  
    4. 
  
  
  
  4.  synchronized(A){ 
    5. 
  
  
  
  5.     b = objArrayList.get(0); 
    6. 
  
  
  
  6.   } 
    7. 
  
  
  
  7.   b.method(); 
    8. 
  
  
  
  8. } 
    9.

四、將鎖私有化，在內(nèi)部管理鎖

把鎖作為一個(gè)私有的對(duì)象，外部不能拿到這個(gè)對(duì)象，更安全一些。對(duì)象可能被其他線程直接進(jìn)行加鎖操作，此時(shí)線程便持有了該對(duì)象的對(duì)象鎖，例如下面這種情況：

 
 
 
    
  
  
  
  1. class A { 
    2. 
  
  
  
  2.     public void method1() { 
    3. 
  
  
  
  3.     } 
    4. 
  
  
  
  4. } 
    5. 
  
  
  
  5.  
    6. 
  
  
  
  6. class B { 
    7. 
  
  
  
  7.     public void method1() { 
    8. 
  
  
  
  8.         A a = new A(); 
    9. 
  
  
  
  9.         synchronized (a) { //直接進(jìn)行加鎖 
    10. 
  
  
  
  10. 　　　　　　a.method1(); 
    11. 
  
  
  
  11.  
    12. 
  
  
  
  12.         } 
    13. 
  
  
  
  13.     } 
    14. 
  
  
  
  14. } 
    15.

這種使用方式下，對(duì)象a的對(duì)象鎖被外部所持有，讓這把鎖在外部多個(gè)地方被使用是比較危險(xiǎn)的，對(duì)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(nèi)部自己管理鎖，外部需要同步方案時(shí)，也是通過(guò)接口方式來(lái)提供同步操作：

 
 
 
    
  
  
  
  1. class A { 
    2. 
  
  
  
  2.     private Object lock = new Object(); 
    3. 
  
  
  
  3.     public void method1() { 
    4. 
  
  
  
  4.         synchronized (lock){ 
    5. 
  
  
  
  5.  
    6. 
  
  
  
  6.         } 
    7. 
  
  
  
  7.     } 
    8. 
  
  
  
  8. } 
    9. 
  
  
  
  9.  
    10. 
  
  
  
  10. class B { 
    11. 
  
  
  
  11.     public void method1() { 
    12. 
  
  
  
  12.         A a = new A(); 
    13. 
  
  
  
  13.         a.method1(); 
    14. 
  
  
  
  14.     } 
    15. 
  
  
  
  15. } 
    16.

五、進(jìn)行適當(dāng)?shù)逆i分解

考慮下面這段程序：

 
 
 
    
  
  
  
  1. public class GameServer { 
    2. 
  
  
  
  2.   public Map> tables = new HashMap>(); 
    3. 
  
  
  
  3.  
    4. 
  
  
  
  4.   public void join(Player player, Table table) { 
    5. 
  
  
  
  5.     if (player.getAccountBalance() > table.getLimit()) { 
    6. 
  
  
  
  6.       synchronized (tables) { 
    7. 
  
  
  
  7.         List tablePlayers = tables.get(table.getId()); 
    8. 
  
  
  
  8.         if (tablePlayers.size() < 9) { 
    9. 
  
  
  
  9.           tablePlayers.add(player); 
    10. 
  
  
  
  10.         } 
    11. 
  
  
  
  11.       } 
    12. 
  
  
  
  12.     } 
    13. 
  
  
  
  13.   } 
    14. 
  
  
  
  14.   public void leave(Player player, Table table) {/*省略*/}  
    15. 
  
  
  
  15.   public void createTable() {/*省略*/}  
    16. 
  
  
  
  16.   public void destroyTable(Table table) {/*省略*/} 
    17. 
  
  
  
  17. } 
    18.

在這個(gè)例子中，join方法只使用一個(gè)同步鎖，來(lái)獲取tables中的List對(duì)象，然后判斷玩家數(shù)量是不是小于9，如果是，就調(diào)增加一個(gè)玩家。當(dāng)有成千上萬(wàn)個(gè)List存在tables中時(shí)，對(duì)tables鎖的競(jìng)爭(zhēng)將非常激烈。

在這里，我們可以考慮進(jìn)行鎖的分解：快速取出數(shù)據(jù)之后，對(duì)List對(duì)象進(jìn)行加鎖，讓其他線程可快速競(jìng)爭(zhēng)獲得tables對(duì)象鎖：

 
 
 
    
  
  
  
  1. public class GameServer { 
    2. 
  
  
  
  2.   public Map> tables = new HashMap>(); 
    3. 
  
  
  
  3.  
    4. 
  
  
  
  4.   public void join(Player player, Table table) { 
    5. 
  
  
  
  5.     if (player.getAccountBalance() > table.getLimit()) { 
    6. 
  
  
  
  6.       List tablePlayers = null; 
    7. 
  
  
  
  7.       synchronized (tables) { 
    8. 
  
  
  
  8.           tablePlayers = tables.get(table.getId()); 
    9. 
  
  
  
  9.       } 
    10. 
  
  
  
  10.  
    11. 
  
  
  
  11.       synchronized (tablePlayers) { 
    12. 
  
  
  
  12.         if (tablePlayers.size() < 9) { 
    13. 
  
  
  
  13.           tablePlayers.add(player); 
    14. 
  
  
  
  14.         } 
    15. 
  
  
  
  15.       } 
    16. 
  
  
  
  16.     } 
    17. 
  
  
  
  17.   } 
    18. 
  
  
  
  18.  
    19. 
  
  
  
  19.  public void leave(Player player, Table table) {/*省略*/}  
    20. 
  
  
  
  20.  public void createTable() {/*省略*/}  
    21. 
  
  
  
  21.  public void destroyTable(Table table) {/*省略*/} 
    22. 
  
  
  
  22. } 
    23.

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