幾種JAVA細(xì)粒度鎖的實(shí)現(xiàn)方式
最近在工作上碰見(jiàn)了一些高并發(fā)的場(chǎng)景需要加鎖來(lái)保證業(yè)務(wù)邏輯的正確性,并且要求加鎖后性能不能受到太大的影響。初步的想法是通過(guò)數(shù)據(jù)的時(shí)間戳,id等關(guān)鍵字來(lái)加鎖,從而保證不同類型數(shù)據(jù)處理的并發(fā)性。而java自身api提供的鎖粒度太大,很難同時(shí)滿足這些需求,于是自己動(dòng)手寫(xiě)了幾個(gè)簡(jiǎn)單的擴(kuò)展...
1. 分段鎖
借鑒concurrentHashMap的分段思想,先生成一定數(shù)量的鎖,具體使用的時(shí)候再根據(jù)key來(lái)返回對(duì)應(yīng)的lock。這是幾個(gè)實(shí)現(xiàn)里最簡(jiǎn)單,性能最高,也是最終被采用的鎖策略,代碼如下:
/** * 分段鎖,系統(tǒng)提供一定數(shù)量的原始鎖,根據(jù)傳入對(duì)象的哈希值獲取對(duì)應(yīng)的鎖并加鎖 * 注意:要鎖的對(duì)象的哈希值如果發(fā)生改變,有可能導(dǎo)致鎖無(wú)法成功釋放!!! */ public class SegmentLock<T> { private Integer segments = 16;//默認(rèn)分段數(shù)量 private final HashMap<Integer, ReentrantLock> lockMap = new HashMap<>(); public SegmentLock() { init(null, false); } public SegmentLock(Integer counts, boolean fair) { init(counts, fair); } private void init(Integer counts, boolean fair) { if (counts != null) { segments = counts; } for (int i = 0; i < segments; i++) { lockMap.put(i, new ReentrantLock(fair)); } } public void lock(T key) { ReentrantLock lock = lockMap.get((key.hashCode()>>>1) % segments); lock.lock(); } public void unlock(T key) { ReentrantLock lock = lockMap.get((key.hashCode()>>>1) % segments); lock.unlock(); } }
2. 哈希鎖
上述分段鎖的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的第二種鎖策略,目的是實(shí)現(xiàn)真正意義上的細(xì)粒度鎖。每個(gè)哈希值不同的對(duì)象都能獲得自己獨(dú)立的鎖。在測(cè)試中,在被鎖住的代碼執(zhí)行速度飛快的情況下,效率比分段鎖慢 30% 左右。如果有長(zhǎng)耗時(shí)操作,感覺(jué)表現(xiàn)應(yīng)該會(huì)更好。代碼如下:
public class HashLock<T> { private boolean isFair = false; private final SegmentLock<T> segmentLock = new SegmentLock<>();//分段鎖 private final ConcurrentHashMap<T, LockInfo> lockMap = new ConcurrentHashMap<>(); public HashLock() { } public HashLock(boolean fair) { isFair = fair; } public void lock(T key) { LockInfo lockInfo; segmentLock.lock(key); try { lockInfo = lockMap.get(key); if (lockInfo == null) { lockInfo = new LockInfo(isFair); lockMap.put(key, lockInfo); } else { lockInfo.count.incrementAndGet(); } } finally { segmentLock.unlock(key); } lockInfo.lock.lock(); } public void unlock(T key) { LockInfo lockInfo = lockMap.get(key); if (lockInfo.count.get() == 1) { segmentLock.lock(key); try { if (lockInfo.count.get() == 1) { lockMap.remove(key); } } finally { segmentLock.unlock(key); } } lockInfo.count.decrementAndGet(); lockInfo.unlock(); } private static class LockInfo { public ReentrantLock lock; public AtomicInteger count = new AtomicInteger(1); private LockInfo(boolean fair) { this.lock = new ReentrantLock(fair); } public void lock() { this.lock.lock(); } public void unlock() { this.lock.unlock(); } } }
3. 弱引用鎖
哈希鎖因?yàn)橐氲姆侄捂i來(lái)保證鎖創(chuàng)建和銷毀的同步,總感覺(jué)有點(diǎn)瑕疵,所以寫(xiě)了第三個(gè)鎖來(lái)尋求更好的性能和更細(xì)粒度的鎖。這個(gè)鎖的思想是借助java的弱引用來(lái)創(chuàng)建鎖,把鎖的銷毀交給jvm的垃圾回收,來(lái)避免額外的消耗。
有點(diǎn)遺憾的是因?yàn)槭褂昧薈oncurrentHashMap作為鎖的容器,所以沒(méi)能真正意義上的擺脫分段鎖。這個(gè)鎖的性能比 HashLock 快10% 左右。鎖代碼:
/** * 弱引用鎖,為每個(gè)獨(dú)立的哈希值提供獨(dú)立的鎖功能 */ public class WeakHashLock<T> { private ConcurrentHashMap<T, WeakLockRef<T, ReentrantLock>> lockMap = new ConcurrentHashMap<>(); private ReferenceQueue<ReentrantLock> queue = new ReferenceQueue<>(); public ReentrantLock get(T key) { if (lockMap.size() > 1000) { clearEmptyRef(); } WeakReference<ReentrantLock> lockRef = lockMap.get(key); ReentrantLock lock = (lockRef == null ? null : lockRef.get()); while (lock == null) { lockMap.putIfAbsent(key, new WeakLockRef<>(new ReentrantLock(), queue, key)); lockRef = lockMap.get(key); lock = (lockRef == null ? null : lockRef.get()); if (lock != null) { return lock; } clearEmptyRef(); } return lock; } @SuppressWarnings("unchecked") private void clearEmptyRef() { Reference<? extends ReentrantLock> ref; while ((ref = queue.poll()) != null) { WeakLockRef<T, ? extends ReentrantLock> weakLockRef = (WeakLockRef<T, ? extends ReentrantLock>) ref; lockMap.remove(weakLockRef.key); } } private static final class WeakLockRef<T, K> extends WeakReference<K> { final T key; private WeakLockRef(K referent, ReferenceQueue<? super K> q, T key) { super(referent, q); this.key = key; } } }
后記
最開(kāi)始想借助 locksupport 和 AQS 來(lái)實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度鎖,寫(xiě)著寫(xiě)著發(fā)現(xiàn)正在實(shí)現(xiàn)的東西和java 原生的鎖區(qū)別不大,于是放棄改為對(duì)java自帶鎖的封裝,浪費(fèi)了不少時(shí)間。
實(shí)際上在實(shí)現(xiàn)了這些細(xì)粒度鎖之后,又有了新的想法,比如可以通過(guò)分段思想將數(shù)據(jù)提交給專門(mén)的線程來(lái)處理,可以減少大量線程的阻塞時(shí)間,留待日后探索...
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