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Java锁优化
应用程序在并发环境下会产生很多问题,通常情况下,我们可以通过加锁来解决多线程对临界资源的访问问题。但是加锁往往会成为系统的瓶颈,因为加锁和释放锁会涉及到与操作系统的交互,会有很大的性能问题。那么这个时候基于锁的优化手段就显得很重要了。
一般情况下,可以从两个角度进行锁优化:对单个锁算法的优化和对锁粒度的细分。

一、自旋锁:

​ 非自旋锁在未获取锁的情况会被阻塞,之后再唤醒尝试获得锁。而JDK的阻塞和唤醒是基于操作系统实现的,会有系统资源的开销。自旋锁就是线程不停地循环尝试获得锁,而不会将自己阻塞,这样不会浪费系统的资源开销,但是会浪费CPU的资源。所有现在的JDK大部分都是先自旋等待,如果自旋等待一段时间之后还没有获取到锁,就会将当前线程阻塞。

二、 细分锁粒度

细分锁粒度的目的是降低竞争锁的概率。

2.1 锁分解

锁分解的核心是将无关的代码块,如果在一个方法中有一部分的代码与锁无关,一部分的代码与锁有关,那么可以缩小这个锁的返回,这样锁操作的代码块就会减少,锁竞争的可能性也会减少

缩小锁的范围

缩小锁的范围是指尽量只在必要的地方加锁,不要扩大加锁的范围,就拿单例模式举例,范围大的锁可能将整个方法都加锁了:
class Singleton {
private Singleton instance;
private Singleton() {
}
// 将整个方法加锁
public synchronized Singleton getInstance() {
try {
Thread.sleep(1000); //do something
if(null == instance)
instance = new Singleton();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return instance;
}
}
优化后的,只将部分代码加锁:
class Singleton {
private Singleton instance;
private Singleton() {
}
public Singleton getInstance() {
try {
Thread.sleep(1000); //do something
// 只对部分代码加锁
synchronized(this) {
if(null == instance)
instance = new Singleton();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return instance;
}
}

减少锁的粒度

减少锁的粒度是指如果一个锁需要保护多个相互独立的变量,那么可以将一个锁分解为多个锁,并且每个锁保护一个变量,这样就可以减少锁冲突。看一下下面的例子:
class Demo{
private Set<String> allUsers = new HashSet<String>();
private Set<String> allComputers = new HashSet<String>();
//公用一把锁
public synchronized void addUser(String user){
allUsers.add(user);
}
public synchronized void addComputer(String computer){
allComputers.add(computer);
}
}
缩小锁的粒度后,将一个锁拆分为多个:
class Demo{
private Set<String> allUsers = new HashSet<String>();
private Set<String> allComputers = new HashSet<String>();
//分解为两把锁
public void addUser(String user){
synchronized (allUsers){
allUsers.add(user);
}
}
public void addComputer(String computer){
synchronized (allComputers){
allComputers.add(computer);
}
}
}
如上的方法把一个锁分解为2个锁时候,采用两个线程时候,大约能够使程序的效率提升一倍。

2.2 锁分段

锁分段和减少锁的粒度类似,就是将锁细分的粒度更多,比如将一个数组的每个位置当做单独的锁。JDK8以前ConcurrentHashMap就使用了锁分段技术,它将散列数组分成多个Segment,每个Segment存储了实际的数据,访问数据的时候只需要对数据所在的Segment加锁就行。

三、读写分离

ReentrantReadWriteLock 是一个读写锁,读操作加读锁,可以并发读,写操作使用写锁,只能单线程写;
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一、自旋锁:
二、 细分锁粒度
2.1 锁分解
2.2 锁分段
三、读写分离