1. 线程安全
- 多线程网站统计访问人数
使用锁,维护计数器的串行访问与安全性 - 多线程访问ArrayList
public class ArrayListTest {
public static List<Integer> numberList =new ArrayList<Integer>();
public static class AddToList implements Runnable{
int startnum=0;
public AddToList(int startnumber){
startnum=startnumber;
}
@Override
public void run() {
int count=0;
while(count<1000000){
numberList.add(startnum);
startnum+=2;
count++;
}
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1=new Thread(new AddToList(0));
Thread t2=new Thread(new AddToList(1));
t1.start();
t2.start();
while(t1.isAlive() || t2.isAlive()){
Thread.sleep(1);
}
System.out.println(numberList.size());
}
}
输出
1000009
Exception in thread "Thread-0" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 10
at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:463)
at ArrayListTest$AddToList.run(ArrayListTest.java:17)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
2. 对象头Mark
Mark Word,对象头的标记,32位
描述对象的hash、锁信息,垃圾回收标记,年龄
- 指向锁记录的指针
- 指向monitor的指针
- GC标记
- 偏向锁线程ID
3. 锁类型
3.1 偏向锁
- 大部分情况是没有竞争的,所以可以通过偏向来提高性能
- 所谓的偏向,就是偏心,即锁会偏向于当前已经占有锁的线程
- 将对象头Mark的标记设置为偏向,并将线程ID写入对象头Mark
- 只要没有竞争,获得偏向锁的线程,在将来进入同步块,不需要做同步
- 当其他线程请求相同的锁时,偏向模式结束
- -XX:+UseBiasedLocking
默认启用 - 在竞争激烈的场合,偏向锁会增加系统负担
3.2 轻量级锁
BasicObjectLock
嵌入在线程栈中的对象
- 普通的锁处理性能不够理想,轻量级锁是一种快速的锁定方法。
- 如果对象没有被锁定
将对象头的Mark指针保存到锁对象中
将对象头设置为指向锁的指针(在线程栈空间中)
lock->set_displaced_header(mark);
if (mark == (markOop) Atomic::cmpxchg_ptr(lock, obj()->mark_addr(), mark)) {
TEVENT (slow_enter: release stacklock) ;
return ;
}
lock位于线程栈中
轻量级锁
如果轻量级锁失败,表示存在竞争,升级为重量级锁(常规锁)
在没有锁竞争的前提下,减少传统锁使用OS互斥量产生的性能损耗
在竞争激烈时,轻量级锁会多做很多额外操作,导致性能下降
3.3 自旋锁
当竞争存在时,如果线程可以很快获得锁,那么可以不在OS层挂起线程,让线程做几个空操作(自旋)
JDK1.6中-XX:+UseSpinning开启
JDK1.7中,去掉此参数,改为内置实现
如果同步块很长,自旋失败,会降低系统性能
如果同步块很短,自旋成功,节省线程挂起切换时间,提升系统性能
偏向锁,轻量级锁,自旋锁总结
- 不是Java语言层面的锁优化方法
- 内置于JVM中的获取锁的优化方法和获取锁的步骤
偏向锁可用会先尝试偏向锁
轻量级锁可用会先尝试轻量级锁
以上都失败,尝试自旋锁
再失败,尝试普通锁,使用OS互斥量在操作系统层挂起
4. 锁优化
4.1 减少锁持有时间
public synchronized void syncMethod(){
othercode1();
mutextMethod();
othercode2();
}
优化后:
public void syncMethod2(){
othercode1();
synchronized(this){
mutextMethod();
}
othercode2();
}
4.2 减小锁粒度
将大对象,拆成小对象,大大增加并行度,降低锁竞争
偏向锁,轻量级锁成功率提高
ConcurrentHashMap
- 若干个Segment :Segment<K,V>[] segments
- Segment中维护HashEntry<K,V>
- put操作时
先定位到Segment,锁定一个Segment,执行put
在减小锁粒度后, ConcurrentHashMap允许若干个线程同时进入
- HashMap的同步实现
Collections.synchronizedMap(Map<K,V> m)
返回SynchronizedMap对象
public V get(Object key) {
synchronized (mutex) {return m.get(key);}
}
public V put(K key, V value) {
synchronized (mutex) {return m.put(key, value);}
}
4.3 锁分离
根据功能进行锁分离
ReadWriteLock
读多写少的情况,可以提高性能
读锁 | 写锁 | |
---|---|---|
读锁 | 可访问 | 不可访问 |
写锁 | 不可访问 | 不可访问 |
读写分离思想可以延伸,只要操作互不影响,锁就可以分离
LinkedBlockingQueue
队列
链表
4.4 锁粗化
通常情况下,为了保证多线程间的有效并发,会要求每个线程持有锁的时间尽量短,即在使用完公共资源后,应该立即释放锁。只有这样,等待在这个锁上的其他线程才能尽早的获得资源执行任务。但是,凡事都有一个度,如果对同一个锁不停的进行请求、同步和释放,其本身也会消耗系统宝贵的资源,反而不利于性能的优化
public void demoMethod(){
synchronized(lock){
//do sth.
}
//做其他不需要的同步的工作,但能很快执行完毕
synchronized(lock){
//do sth.
}
}
优化后:
public void demoMethod(){
//整合成一次锁请求
synchronized(lock){
//do sth.
//做其他不需要的同步的工作,但能很快执行完毕
}
}
for(int i=0;i<CIRCLE;i++){
synchronized(lock){
}
}
synchronized(lock){
for(int i=0;i<CIRCLE;i++){
}
}
4.5 锁消除
public static void main(String args[]) throws InterruptedException {
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < CIRCLE; i++) {
craeteStringBuffer("JVM", "Diagnosis");
}
long bufferCost = System.currentTimeMillis() - start;
System.out.println("craeteStringBuffer: " + bufferCost + " ms");
}
public static String craeteStringBuffer(String s1, String s2) {
StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append(s1);
sb.append(s2);
return sb.toString();
}
5 无锁
- 锁是悲观的操作
- 无锁是乐观的操作
- 无锁的一种实现方式
CAS(Compare And Swap)
非阻塞的同步
CAS(V,E,N) - 在应用层面判断多线程的干扰,如果有干扰,则通知线程重试
java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger
public final int getAndSet(int newValue) {
for (;;) {
int current = get();
if (compareAndSet(current, newValue))
return current;
}
}
java.util.concurrent.atomic包使用无锁实现,性能高于一般的有锁操作