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JAVA并发-减少锁的竞争

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 huashen1621y
发布于 2016/06/06 11:23
字数 874
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降低锁的竞争可以提高并发程序的性能和可伸缩性,有3种方式可以降低锁的竞争: 
1. 减少锁的持有时间(缩小锁的范围) 
2. 降低锁的请求频率(降低锁的粒度) 
3. 放弃使用独占锁,使用并发容器,原子变量,读写锁等等来代替它。 


减少锁的持有时间(减小锁的范围): 
减少锁的持有时间实际上就是减小锁的控制范围,将一些并不需要锁的操作从同步代码块中移除。如下所示,需要进行同步操作的只有attributes.get(key);这一行代码。 

Java代码下载   

  1. //可以优化的代码  
  2. class AttributeStore{  
  3.     private final Map<String,String> attributes=new HashMap<String,String>();  
  4.     public synchronized boolean userLocationMatches(String username,String regex){  
  5.         String key="user."+username;  
  6.         String location=attributes.get(key);  
  7.         if(location==null)  
  8.             return false;  
  9.         else  
  10.             return Pattern.matches(regex,location);  
  11.     }  
  12. }  


缩小锁的范围如下,将不需要同步的内容移出代码块。 

Java代码下载   

  1. //优化之后的代码  
  2. class AttributeStore{  
  3.     private final Map<String,String> attributes=new HashMap<String,String>();  
  4.     public boolean userLocationMatches(String username,String regex){  
  5.         String key="user."+username;  
  6.         String location;  
  7.         synchronized (this) {  
  8.             location=attributes.get(key);             
  9.         }  
  10.         if(location==null)  
  11.             return false;  
  12.         else  
  13.             return Pattern.matches(regex,location);  
  14.     }  
  15. }  


降低锁的请求频率(降低锁的粒度): 
通过将粗粒度的锁分解为多个细粒度的锁,从而将原来到一个锁的请求分担到多个锁。常用的方案是锁分解或锁分段(一个锁分解为两个锁称为锁分解,一个锁分解为多个锁称为锁分段)。在代码中,当一个锁需要同时保护多个互相独立的共享状态变量的时候,可以考虑锁分解或锁分段。 
先来看一个锁分解的例子: 

Java代码下载   

  1. //可以锁分解的代码  
  2. class ServerStatus{  
  3.     private  Set<String> users;  
  4.     private  Set<String> queries;  
  5.     public synchronized void addUser(String user){  
  6.         users.add(user);  
  7.     }  
  8.     public synchronized void removeUser(String user){  
  9.         users.remove(user);  
  10.     }  
  11.       
  12.     public synchronized void addQuery(String query){  
  13.         queries.add(query);  
  14.     }  
  15.     public synchronized void removeQuery(String query){  
  16.         queries.remove(query);  
  17.     }     
  18. }  


在上面的代码中,同一个ServerStatus对象锁用于保护2个独立的共享变量,可以使用锁分解。 

Java代码下载   

  1. //优化后的代码  
  2. class ServerStatus{  
  3.     private  Set<String> users;  
  4.     private  Set<String> queries;  
  5.     public  void addUser(String user){  
  6.         synchronized (users) {  
  7.             users.add(user);  
  8.         }  
  9.     }  
  10.     public  void removeUser(String user){  
  11.         synchronized (users) {  
  12.             users.remove(user);  
  13.         }  
  14.     }  
  15.       
  16.     public  void addQuery(String query){  
  17.         synchronized (queries) {  
  18.             queries.add(query);  
  19.         }  
  20.     }  
  21.     public  void removeQuery(String query){  
  22.         synchronized (queries) {  
  23.             queries.remove(query);  
  24.         }  
  25.     }     
  26. }  


锁分段的典型应用是ConcurrentHashMap。在Collections.synchronizedMap()方法中,使用组合的方式将传入Map的方法放入同步代码块中执行,所有的同步代码块使用同一个对象锁。为了提高容器的性能,在ConcurrentHashMap容器中使用16个对象锁,每个对象锁保护所有散列桶的1/16,其中第N个散列桶由第(N%16)个对象锁来保护。大致的思路如下: 

Java代码下载   

  1. class MyMap<K,V>{  
  2.     static final class Node<K,V>{  
  3.         private K key;  
  4.         private V value;  
  5.         private Node<K,V> next;  
  6.         public Node<K, V> getNext() {  
  7.             return next;  
  8.         }  
  9.         //...set get equals hashCode...//  
  10.     }  
  11.     private final static int N_LOCKS=16;  
  12.     private Object[] mylocks;  
  13.     private Node<K,V>[] buckets;  
  14.     public MyMap(int num) {  
  15.         mylocks=new Object[N_LOCKS];  
  16.         for(int i=0;i<N_LOCKS;i++){  
  17.             mylocks[i]=new Object();  
  18.         }  
  19.         buckets=new Node[num];  
  20.     }  
  21.       
  22.     public V get(K key){  
  23.         int bucketIndex=key.hashCode()%buckets.length;//定位目标所在的桶  
  24.         synchronized (mylocks[bucketIndex%N_LOCKS]) {//获取桶对应的锁  
  25.             for(Node<K,V> node=buckets[bucketIndex];node!=null;node=node.getNext()){  
  26.                 if(key.equals(node.key))  
  27.                     return node.value;  
  28.             }  
  29.             return null;  
  30.         }  
  31.     }  
  32.     //......  
  33. }  

放弃使用独占锁: 
我们可以放弃使用独占锁,使用并发容器,原子变量,读写锁等等来代替他。

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