Java多線程編程 — 鎖優化
閱讀目錄
一、盡量不要鎖住方法
二、縮小同步代碼塊，只鎖數據
三、鎖中盡量不要再包含鎖
四、將鎖私有化，在內部管理鎖
五、進行適當的鎖分解
正文
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 BUSSA extends Thread {
- LockMethod lockMethod;
- void deal(LockMethod lockMethod){
- this.lockMethod = lockMethod;
- }
- @Override
- public void run() {
- super.run();
- lockMethod.busiA();
- }
- }
BUSSB是線程類，用來處理B業務，調用的是LockMethod的busiB()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
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*/}
- }
