關於Java多線程編程鎖優化的深入學習

正文

並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，此時並不存在多線程競爭的情況，那麼JVM會進行優化，那麼這時加鎖帶來的性能消耗基本可以忽略。因此，規範加鎖的操作，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，也能避免不規範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。此時整個對像都會被鎖住。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，那麼由於整個對像被鎖住，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 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並不相關，那麼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於等待狀態。尤其是一些循環操作、同步I/O操作。不止是在代碼的行數範圍上縮小同步塊，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，而不是同步之後再進行條件判斷，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鎖之後，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複雜、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<Player>對象，然後判斷玩家數量是不是小於9，如果是，就調增加一個玩家。當有成千上萬個List<Player>存在tables中時，對tables鎖的競爭將非常激烈。在這裡，我們可以考慮進行鎖的分解：快速取出數據之後，對List<Player>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*/
 }
 }