关于Java多线程编程锁优化的深入学习

2024-07-13 10:17:19

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供稿：网友

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并发环境下进行编程时，需要使用锁机制来同步多线程间的操作，保证共享资源的互斥访问。加锁会带来性能上的损坏，似乎是众所周知的事情。然而，加锁本身不会带来多少的性能消耗，性能主要是在线程的获取锁的过程。如果只有一个线程竞争锁，此时并不存在多线程竞争的情况，那么JVM会进行优化，那么这时加锁带来的性能消耗基本可以忽略。因此，规范加锁的操作，优化锁的使用方法，避免不必要的线程竞争，不仅可以提高程序性能，也能避免不规范加锁可能造成线程死锁问题，提高程序健壮性。下面阐述几种锁优化的思路。

一、尽量不要锁住方法

在普通成员函数上加锁时，线程获得的是该方法所在对象的对象锁。此时整个对象都会被锁住。这也意味着，如果这个对象提供的多个同步方法是针对不同业务的，那么由于整个对象被锁住，一个业务业务在处理时，其他不相关的业务线程也必须wait。下面的例子展示了这种情况：

LockMethod类包含两个同步方法，分别在两种业务处理中被调用：

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是线程类，用来处理A业务，调用的是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类，使用线程BUSSA与BUSSB进行业务处理：

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(); }}

运行程序，可以看到在线程bussa 执行的过程中，bussb是不能够进入函数 busiB()的，因为此时lockMethod 的对象锁被线程bussa获取了。

二、缩小同步代码块，只锁数据

有时候为了编程方便，有些人会synchnoized很大的一块代码，如果这个代码块中的某些操作与共享资源并不相关，那么应当把它们放到同步块外部，避免长时间的持有锁，造成其他线程一直处于等待状态。尤其是一些循环操作、同步I/O操作。不止是在代码的行数范围上缩小同步块，在执行逻辑上，也应该缩小同步块，例如多加一些条件判断，符合条件的再进行同步，而不是同步之后再进行条件判断，尽量减少不必要的进入同步块的逻辑。

三、锁中尽量不要再包含锁

这种情况经常发生，线程在得到了A锁之后，在同步方法块中调用了另外对象的同步方法，获得了第二个锁，这样可能导致一个调用堆栈中有多把锁的请求，多线程情况下可能会出现很复杂、难以分析的异常情况，导致死锁的发生。下面的代码显示了这种情况：

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

或是在同步块中调用了同步方法：

synchronized(A){ B b = objArrayList.get(0); b.method(); //这是一个同步方法}

解决的办法是跳出来加锁，不要包含加锁：

{  B b = null; synchronized(A){ b = objArrayList.get(0); } b.method();}

四、将锁私有化，在内部管理锁

把锁作为一个私有的对象，外部不能拿到这个对象，更安全一些。对象可能被其他线程直接进行加锁操作，此时线程便持有了该对象的对象锁，例如下面这种情况：

class A { public void method1() { }}class B { public void method1() {  A a = new A();  synchronized (a) { //直接进行加锁　　　　　　a.method1();  } }}

这种使用方式下，对象a的对象锁被外部所持有，让这把锁在外部多个地方被使用是比较危险的，对代码的逻辑流程阅读也造成困扰。一种更好的方式是在类的内部自己管理锁，外部需要同步方案时，也是通过接口方式来提供同步操作：

class A { private Object lock = new Object(); public void method1() {  synchronized (lock){     } }}class B { public void method1() {  A a = new A();  a.method1(); }}

五、进行适当的锁分解

考虑下面这段程序：

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*/}}

在这个例子中，join方法只使用一个同步锁，来获取tables中的List<Player>对象，然后判断玩家数量是不是小于9，如果是，就调增加一个玩家。当有成千上万个List<Player>存在tables中时，对tables锁的竞争将非常激烈。在这里，我们可以考虑进行锁的分解：快速取出数据之后，对List<Player>对象进行加锁，让其他线程可快速竞争获得tables对象锁：

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*/    }}

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