java分布式锁的优化和注意事项技术开发教程

java分布式锁的优化和注意事项技术开发教程

• 锁优化的思路和方法
• 虚拟机内的锁优化
• 一个错误使用锁的案例
• ThreadLocal及其源码分析
• 减少锁持有时间
• 减小锁粒度
• 锁分离
• 锁粗化
• 锁消除

public synchronized void syncMethod(){

othercode1(); mutextMethod(); othercode2();

}

public void syncMethod2(){

othercode1(); synchronized(this){

mutextMethod();

}

othercode2();

}

• 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
• 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);}

}

• 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
• 根据功能进行锁分离
• ReadWriteLock
• 读多写少的情况，可以提高性能

• 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

put

• 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

for(int i=0;i<CIRCLE;i++){

synchronized(lock){

}

}

synchronized(lock){ for(int i=0;i<CIRCLE;i++){

}

}

• 在即时编译器时，如果发现不可能被共享的对象，则可以消除这些对象的锁操作

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);

同步操作

sb.append(s2);

return sb.toString();

}

CIRCLE= 2000000

-server -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+EliminateLocks

craeteStringBuffer: 187 ms

-server -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:-EliminateLocks

craeteStringBuffer: 254 ms

• 偏向锁
• 轻量级锁
• 自旋锁
• 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

• 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

public static List<Integer> numberList =new Vector<Integer>(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

long begin=System.currentTimeMillis(); int count=0;

int startnum=0;

while(count<10000000){

numberList.add(startnum); startnum+=2;

count++;

}

long end=System.currentTimeMillis();

System.out.println(end-begin);

}

本例中，使用偏向锁，可以获得5%以上的性能提升

-XX:+UseBiasedLocking -XX:BiasedLockingStartupDelay=0

-XX:-UseBiasedLocking

• BasicObjectLock
  • 嵌入在线程栈中的对象

BasicObjectLock

BasicLock

ptr to obj hold the lock

markOop _displaced_header

• 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

• 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
• 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
• 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

public class IntegerLock {

static Integer i=0;

public static class AddThread extends Thread{ public void run(){

for(int k=0;k<100000;k++){

synchronized(i){

i++;

}

}

}

}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException { AddThread t1=new AddThread();

AddThread t2=new AddThread(); t1.start();t2.start();

t1.join();t2.join();

System.out.println(i);

}

}

private static final SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat(“yyyy-MM-dd HH:mm:ss”); public static class ParseDate implements Runnable{

int i=0;

public ParseDate(int i){this.i=i;} public void run() {

try {

Date t=sdf.parse(“2015-03-29 19:29:”+i%60); System.out.println(i+”:”+t);

} catch (ParseException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

public static void main(String[] args) {

ExecutorService es=Executors.newFixedThreadPool(10);

for(int i=0;i<1000;i++){

es.execute(new ParseDate(i));

SimpleDateFormat被多线程访问

}

}

static ThreadLocal<SimpleDateFormat> tl=new ThreadLocal<SimpleDateFormat>(); public static class ParseDate implements Runnable{

int i=0;

public ParseDate(int i){this.i=i;}

public void run() {

try {

if(tl.get()==null){

tl.set(new SimpleDateFormat(“yyyy-MM-dd HH:mm:ss”));

}

Date t=tl.get().parse(“2015-03-29 19:29:”+i%60); System.out.println(i+”:”+t);

} catch (ParseException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

public static void main(String[] args) {

ExecutorService es=Executors.newFixedThreadPool(10); for(int i=0;i<1000;i++){

es.execute(new ParseDate(i));

为每一个线程分配一个实例

}

}

static ThreadLocal<SimpleDateFormat> tl=new ThreadLocal<SimpleDateFormat>();

private static final SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat(“yyyy-MM-dd HH:mm:ss”); public static class ParseDate implements Runnable{

int i=0;

public ParseDate(int i){this.i=i;} public void run() {

try {

if(tl.get()==null){

tl.set(sdf);

}

Date t=tl.get().parse(“2015-03-29 19:29:”+i%60); System.out.println(i+”:”+t);

} catch (ParseException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

如果使用共享实例，起不到效果

public static void main(String[] args) {

ExecutorService es=Executors.newFixedThreadPool(10); for(int i=0;i<1000;i++){

es.execute(new ParseDate(i));

}

}

• 源码参见JDK

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