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);这一行代码下载 。
- //可以优化的代码
- class AttributeStore{
- private final Map<String,String> attributes=new HashMap<String,String>();
- public synchronized boolean userLocationMatches(String username,String regex){
- String key=“user.”+username;
- String location=attributes.get(key);
- if(location==null)
- return false;
- else
- return Pattern.matches(regex,location);
- }
- }
缩小锁的范围如下,将不需要同步的内容移出代码块。
- //优化之后的代码
- class AttributeStore{
- private final Map<String,String> attributes=new HashMap<String,String>();
- public boolean userLocationMatches(String username,String regex){
- String key=“user.”+username;
- String location;
- synchronized (this) {
- location=attributes.get(key);
- }
- if(location==null)
- return false;
- else
- return Pattern.matches(regex,location);
- }
- }
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下载 )。
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:
- //可以锁分解的代码
- class ServerStatus{
- private Set<String> users;
- private Set<String> queries;
- public synchronized void addUser(String user){
- users.add(user);
- }
- public synchronized void removeUser(String user){
- users.remove(user);
- }
- public synchronized void addQuery(String query){
- queries.add(query);
- }
- public synchronized void removeQuery(String query){
- queries.remove(query);
- }
- }
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,可以使用锁分解下载 。
- //优化后的代码
- class ServerStatus{
- private Set<String> users;
- private Set<String> queries;
- public void addUser(String user){
- synchronized (users) {
- users.add(user);
- }
- }
- public void removeUser(String user){
- synchronized (users) {
- users.remove(user);
- }
- }
- public void addQuery(String query){
- synchronized (queries) {
- queries.add(query);
- }
- }
- public void removeQuery(String query){
- synchronized (queries) {
- queries.remove(query);
- }
- }
- }
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:
- class MyMap<K,V>{
- static final class Node<K,V>{
- private K key;
- private V value;
- private Node<K,V> next;
- public Node<K, V> getNext() {
- return next;
- }
- //…set get equals hashCode…//
- }
- private final static int N_LOCKS=16;
- private Object[] mylocks;
- private Node<K,V>[] buckets;
- public MyMap(int num) {
- mylocks=new Object[N_LOCKS];
- for(int i=0;i<N_LOCKS;i++){
- mylocks[i]=new Object();
- }
- buckets=new Node[num];
- }
- public V get(K key){
- int bucketIndex=key.hashCode()%buckets.length;//定位目标所在的桶
- synchronized (mylocks[bucketIndex%N_LOCKS]) {//获取桶对应的锁
- for(Node<K,V> node=buckets[bucketIndex];node!=null;node=node.getNext()){
- if(key.equals(node.key))
- return node.value;
- }
- return null;
- }
- }
- //……
- }