關(guān)于Java多線程編程鎖優(yōu)化的深入學(xué)習(xí)

更新時(shí)間：2018年01月26日 11:14:07 作者：melonstreet

本篇文章是關(guān)于Java多線程編程鎖優(yōu)化的深入學(xué)習(xí)總結(jié)內(nèi)容，對(duì)Java鎖優(yōu)化有興趣的朋友跟著學(xué)習(xí)下吧。

正文

并發(fā)環(huán)境下進(jìn)行編程時(shí)，需要使用鎖機(jī)制來同步多線程間的操作，保證共享資源的互斥訪問。加鎖會(huì)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(huì)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(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：

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(yè)務(wù)，調(diào)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(jìn)行業(yè)務(wù)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(yùn)行程序，可以看到在線程bussa 執(zhí)行的過程中，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)榱司幊谭奖悖行┤藭?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：

synchronized(A){
 synchronized(B){
  } 
}

或是在同步塊中調(diào)用了同步方法：

synchronized(A){
 B b = objArrayList.get(0);
 b.method(); //這是一個(gè)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(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：

class A {
 public void method1() {
 }
}
class B {
 public void method1() {
  A a = new A();
  synchronized (a) { //直接進(jìn)行加鎖　　　　　　a.method1();
  }
 }
}

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(jìn)行適當(dāng)?shù)逆i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(gè)例子中，join方法只使用一個(gè)同步鎖，來獲取tables中的List<Player>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)有成千上萬個(gè)List<Player>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<Player>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：

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*/
    }
}