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Java理论与实践: JDK 5.0中更灵活、更具可伸缩性的锁定机制 - 编程入门网

作者 佚名技术 来源 NET编程 浏览 发布时间 2012-06-19
秒调用数为单位显示了吞吐率,把不同的实现调整到 1 线程 synchronized 的情况。每个实现都相对迅速地集中在某个稳定状态的吞吐率上,该状态通常要求处理器得到充分利用,把大多数的处理器时间都花在处理实际工作(计算机随机数)上,只有小部分时间花在了线程调度开支上。您会注意到,synchronized 版本在处理任何类型的争用时,表现都相当差,而 Lock 版本在调度的开支上花的时间相当少,从而为更高的吞吐率留下空间,实现了更有效的 CPU 利用。

Java理论与实践: JDK 5.0中更灵活、更具可伸缩性的锁定机制(3)

时间:2011-02-12 IBM Brian Goetz

条件变量

根类 Object 包含某些特殊的方法,用来在线程的 wait() 、 notify() 和 notifyAll() 之间进行通信。这些是高级的并发性特性,许多开发人员从来没有用过它们 —— 这可能是件好事,因为它们相当微妙,很容易使用不当。幸运的是,随着 JDK 5.0 中引入 java.util.concurrent ,开发人员几乎更加没有什么地方需要使用这些方法了。

通知与锁定之间有一个交互 —— 为了在对象上 wait 或 notify ,您必须持有该对象的锁。就像 Lock 是同步的概括一样, Lock 框架包含了对 wait 和 notify 的概括,这个概括叫作 条件(Condition) 。 Lock 对象则充当绑定到这个锁的条件变量的工厂对象,与标准的 wait 和 notify 方法不同,对于指定的 Lock ,可以有不止一个条件变量与它关联。这样就简化了许多并发算法的开发。例如, 条件(Condition) 的 Javadoc 显示了一个有界缓冲区实现的示例,该示例使用了两个条件变量,“not full”和“not empty”,它比每个 lock 只用一个 wait 设置的实现方式可读性要好一些(而且更有效)。 Condition 的方法与 wait 、 notify 和 notifyAll 方法类似,分别命名为 await 、 signal 和 signalAll ,因为它们不能覆盖 Object 上的对应方法。

这不公平

如果查看 Javadoc,您会看到, ReentrantLock 构造器的一个参数是 boolean 值,它允许您选择想要一个 公平(fair)锁,还是一个 不公平(unfair)锁。公平锁使线程按照请求锁的顺序依次获得锁;而不公平锁则允许讨价还价,在这种情况下,线程有时可以比先请求锁的其他线程先得到锁。

为什么我们不让所有的锁都公平呢?毕竟,公平是好事,不公平是不好的,不是吗?(当孩子们想要一个决定时,总会叫嚷“这不公平”。我们认为公平非常重要,孩子们也知道。)在现实中,公平保证了锁是非常健壮的锁,有很大的性能成本。要确保公平所需要的记帐(bookkeeping)和同步,就意味着被争夺的公平锁要比不公平锁的吞吐率更低。作为默认设置,应当把公平设置为 false ,除非公平对您的算法至关重要,需要严格按照线程排队的顺序对其进行服务。

那么同步又如何呢?内置的监控器锁是公平的吗?答案令许多人感到大吃一惊,它们是不公平的,而且永远都是不公平的。但是没有人抱怨过线程饥渴,因为 JVM 保证了所有线程最终都会得到它们所等候的锁。确保统计上的公平性,对多数情况来说,这就已经足够了,而这花费的成本则要比绝对的公平保证的低得多。所以,默认情况下 ReentrantLock 是“不公平”的,这一事实只是把同步中一直是事件的东西表面化而已。如果您在同步的时候并不介意这一点,那么在 ReentrantLock 时也不必为它担心。

图 3 和图 4 包含与 图 1和 图 2 相同的数据,只是添加了一个数据集,用来进行随机数基准检测,这次检测使用了公平锁,而不是默认的协商锁。正如您能看到的,公平是有代价的。如果您需要公平,就必须付出代价,但是请不要把它作为您的默认选择。

图 3. 使用 4 个 CPU 时的同步、协商锁和公平锁的相对吞吐率

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