Race Condition引起的效能問題

Race Condition（也叫做資源競爭），是多執行緒程式設計中比較頭疼的問題。特別是Java多執行緒模型當中，經常會因為多個執行緒同時訪問相同的共享資料，而造成資料的不一致性。為了解決這個問題，通常來說需要加上同步標誌“synchronized”，來保證資料的序列訪問。但是“synchronized”是個效能殺手，過多的使用會導致效能下降，特別是擴充套件性下降，使得你的系統不能使用多個CPU資源。 這是我們在效能測試中經常遇見的問題。

可是上個星期我卻遇見了相反的情況：因為缺少同步標誌也同樣會使效能受影響。

那是一個ERP系統，執行在我們的T2000伺服器（8核32執行緒）上。當500個併發使用者的時候居然把所有的CPU都壓得滿滿的（90%以上的忙碌）。這是很少有的現象，在我測試的所有專案中很少有擴充套件性這麼好的系統能把T2000的32個執行緒都佔滿的。我狠狠的誇了他們的應用。話音沒落，卻發現測試結果很差，平均響應時間很長。不可能呀，所有的CPU都在幹活，而且都在使用者態（如果在系統態幹太多的活就有問題了），結果怎麼還會差呢。CPU都在幹嘛呢？

通過工具發現（Dtrace for Java），我們發現很多的CPU都在做一件事情，那就是不停的執行一條Java語句（HashMap.get()）。象是進入了死迴圈。我們進行了進一步試驗，讓併發使用者數量為1，不停的執行10分鐘，結果沒有發現這種情況；接著我們讓50個併發使用者同時執行，但是隻執行在一個CPU上（通過psrset），結果也沒有出現死迴圈狀態。只要併發使用者數量超過10個，執行的CPU超過兩個，不到2分鐘就出現死迴圈。一旦死迴圈出現，大量CPU資源被白白浪費，效能自然很差。

通過上面的試驗我們可以很肯定的判斷，是由於併發控制不好，導致資料的不一致，引起的死迴圈。值得一提的是，HashMap不是一個執行緒安全的資料結構，要用到多個執行緒中去，需要自己加上同步標誌，為什麼會死迴圈呢，看看下面HashMap中get函式的原始碼：

public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
int hash = hash(key.hashCode());
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;

get函式會根據key的hashcode來鎖定多個物件，並且遍歷這些物件來找到key所對應的物件。當多個執行緒不安全的修改HanshMap資料結構的時候，有可能使得這個函式進入死迴圈。

我們建議客戶使用ConcurrentHashMap或在使用HanshMap的時候加上同步標誌，問題得到解決！

public class CollectionModifyExceptionTest {

public static void main(String[] args) {

Collection users = new ArrayList();

users.add(new User("張三", 28));

users.add(new User("李四", 25));

users.add(new User("王五", 31));

Iterator itrUsers = users.iterator();//當得到迭代器的時候，這時modelCount等於3

while (itrUsers.hasNext()) {

System.out.println("aaaa");

User user = (User) itrUsers.next();//當迴圈回來檢查時modelCount與預期的值不符合，拋異常

if ("張三".equals(user.getName())) {

users.remove(user);//執行了這次remove操作之後，此時modelCount等於4

// itrUsers.remove();//呼叫迭代器的remove方法時沒有問題的，不會拋異常，正常執行

} else {

System.out.println(user);

}

}

}

}

public class User implements Cloneable {

private String name;

private int age;

public User(String name, int age) {

this.name = name;

this.age = age;

}

public boolean equals(Object obj) {

if (this == obj) {

return true;

}

if (!(obj instanceof User)) {

return false;

}

User user = (User) obj;

// if(this.name==user.name && this.age==user.age)

if (this.name.equals(user.name) && this.age == user.age) {

return true;

} else {

return false;

}

}

public int hashCode() {

return name.hashCode() + age;

}

public String toString() {

return "{name:'" + name + "',age:" + age + "}";

}

public Object clone() {

Object object = null;

try {

object = super.clone();

} catch (CloneNotSupportedException e) {

}

return object;

}

public void setAge(int age) {

this.age = age;

}

public String getName() {

return name;

}

}

public class CollectionModifyExceptionTest {

public static void main(String[] args) {

Collection users = new CopyOnWriteArrayList();

// new ArrayList();

users.add(new User("張三", 28));

users.add(new User("李四", 25));

users.add(new User("王五", 31));

Iterator itrUsers = users.iterator();//當得到迭代器的時候，這時modelCount等於3

while (itrUsers.hasNext()) {

System.out.println("aaaa");

User user = (User) itrUsers.next();//當迴圈回來檢查時modelCount與預期的值不符合，拋異常

if ("張三".equals(user.getName())) {

users.remove(user);//執行了這次remove操作之後，此時modelCount等於4

// itrUsers.remove();//這裡就不能呼叫迭代器的remove方法了，否則會丟擲異常

} else {

System.out.println(user);

}

}

}

}