Java多執行緒程式設計 — 鎖優化
作者：melonstreet
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閱讀目錄
一、儘量不用：儘量不要鎖住方法
二、減小粒度：縮小同步程式碼塊，只鎖資料
三、避免巢狀：鎖中儘量不要再包含鎖
四、鎖私有化：將鎖私有化，在內部管理鎖
五、適當分解：進行適當的鎖分解（目的，也是減小粒度）
正文
併發環境下進行程式設計時，需要使用鎖機制來同步多執行緒間的操作，保證共享資源的互斥訪問。另一面，加鎖會帶來效能上的損壞，似乎是眾所周知的事情。然而，加鎖本身不會帶來多少的效能消耗，效能主要是線上程的獲取鎖的過程。
JVM的智慧優化：如果只有一個執行緒競爭鎖，此時並不存在多執行緒競爭的情況，那麼JVM會進行優化，那麼這時加鎖帶來的效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，避免不必要的執行緒競爭，不僅可以提高程式效能，也能避免不規範加鎖可能造成執行緒死鎖問題，提高程式健壯性。下面闡述幾種鎖優化的思路。
一、儘量不要鎖住方法
在普通成員函式上加鎖時，執行緒獲得的是該方法所在物件的物件鎖。此時整個物件都會被鎖住。這也意味著，如果這個物件提供的多個同步方法是針對不同業務的，那麼由於整個物件被鎖住，一個業務業務在處理時，其他不相關的業務執行緒也必須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呼叫：
public class LockMethod { public synchronized void busiA() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "deal with bussiness A:"+i); } } public synchronized void busiB() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "deal with bussiness B:"+i); } } }
BUSSA是執行緒類，用來處理A業務，呼叫的是LockMethod的busiA（）方法：
public class BUSSA extends Thread { LockMethod lockMethod; void deal(LockMethod lockMethod){ this.lockMethod = lockMethod; } @Override public void run() { super.run(); lockMethod.busiA(); } }
BUSSB是執行緒類，用來處理B業務，呼叫的是LockMethod的busiB（）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，使用執行緒BUSSA與BUSSB進行業務處理：
public class TestLockMethod extends Thread {
public static void main(String[] args) {
//使用同一物件
LockMethod lockMethod = new LockMethod();
BUSSA bussa = new BUSSA();
BUSSB bussb = new BUSSB();
bussa.deal(lockMethod);
bussb.deal(lockMethod);
bussa.start();
bussb.start();
}
}
執行程式，可以看到線上程bussa 執行的過程中，bussb是不能夠進入函式 busiB()的，因為此時lockMethod 的物件鎖被執行緒bussa獲取了。
列印結果：
Thread-0deal with bussiness A:0
Thread-0deal with bussiness A:1
Thread-0deal with bussiness A:2
Thread-0deal with bussiness A:3
Thread-0deal with bussiness A:4
Thread-0deal with bussiness A:5
Thread-0deal with bussiness A:6
Thread-0deal with bussiness A:7
Thread-0deal with bussiness A:8
Thread-0deal with bussiness A:9
Thread-1deal with bussiness B:0
Thread-1deal with bussiness B:1
Thread-1deal with bussiness B:2
Thread-1deal with bussiness B:3
Thread-1deal with bussiness B:4
Thread-1deal with bussiness B:5
Thread-1deal with bussiness B:6
Thread-1deal with bussiness B:7
Thread-1deal with bussiness B:8
Thread-1deal with bussiness B:9
二、縮小同步程式碼塊，只鎖資料
有時候為了程式設計方便，有些人會synchnoized很大的一塊程式碼，如果這個程式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，造成其他執行緒一直處於等待狀態。尤其是一些迴圈操作、同步I/O操作。
不止是在程式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，儘量減少不必要的進入同步塊的邏輯。
三、鎖中儘量不要再包含鎖
這種情況經常發生，執行緒在得到了A鎖之後，在同步方法塊中呼叫了另外物件的同步方法，獲得了第二個鎖，這樣可能導致一個呼叫堆疊中有多把鎖的請求，多執行緒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。下面的程式碼顯示了這種情況：
synchronized(A){
synchronized(B){
}
}
或是在同步塊中呼叫了同步方法：
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物件，外部不能拿到這個物件，更安全一些。物件可能被其他執行緒直接進行加鎖操作，此時執行緒便持有了該物件的物件鎖，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，物件a的物件鎖被外部所持有，讓這把鎖在外部多個地方被使用是比較危險的，對程式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，也是通過介面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
考慮下面這段程式：
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物件，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：快速取出資料之後，對List物件進行加鎖，讓其他執行緒可快速競爭獲得tables物件鎖：
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*/}
}
（完）