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细粒度高并行锁 KeyLock解决办法

2013-08-01 
细粒度高并行锁 KeyLock本帖最后由 icebamboo_moyun 于 2013-07-20 18:26:34 编辑一个细粒度的锁,在某些场

细粒度高并行锁 KeyLock
本帖最后由 icebamboo_moyun 于 2013-07-20 18:26:34 编辑 一个细粒度的锁,在某些场景能比synchronized,ReentrantLock等获得更高的并行度更好的性能,感兴趣的可以看看
具体讲解在:http://blog.csdn.net/icebamboo_moyun/article/details/9391915

KeyLock代码:

public class KeyLock<K> {
// 保存所有锁定的KEY及其信号量
private final ConcurrentMap<K, Semaphore> map = new ConcurrentHashMap<K, Semaphore>();
// 保存每个线程锁定的KEY及其锁定计数
private final ThreadLocal<Map<K, LockInfo>> local = new ThreadLocal<Map<K, LockInfo>>() {
@Override
protected Map<K, LockInfo> initialValue() {
return new HashMap<K, LockInfo>();
}
};

/**
 * 锁定key,其他等待此key的线程将进入等待,直到调用{@link #unlock(K)}
 * 使用hashcode和equals来判断key是否相同,因此key必须实现{@link #hashCode()}和
 * {@link #equals(Object)}方法
 * 
 * @param key
 */
public void lock(K key) {
if (key == null)
return;
LockInfo info = local.get().get(key);
if (info == null) {
Semaphore current = new Semaphore(1);
current.acquireUninterruptibly();
Semaphore previous = map.put(key, current);
if (previous != null)
previous.acquireUninterruptibly();
local.get().put(key, new LockInfo(current));
} else {
info.lockCount++;
}
}

/**
 * 释放key,唤醒其他等待此key的线程
 * @param key
 */
public void unlock(K key) {
if (key == null)
return;
LockInfo info = local.get().get(key);
if (info != null && --info.lockCount == 0) {
info.current.release();
map.remove(key, info.current);
local.get().remove(key);
}
}

/**
 * 锁定多个key
 * 建议在调用此方法前先对keys进行排序,使用相同的锁定顺序,防止死锁发生
 * @param keys
 */
public void lock(K[] keys) {
if (keys == null)
return;
for (K key : keys) {
lock(key);
}
}

/**
 * 释放多个key
 * @param keys
 */
public void unlock(K[] keys) {
if (keys == null)
return;
for (K key : keys) {
unlock(key);
}
}

private static class LockInfo {


private final Semaphore current;
private int lockCount;

private LockInfo(Semaphore current) {
this.current = current;
this.lockCount = 1;
}
}
}

java 锁 高并发 KeyLock
[解决办法]
看了你博客上做的测试之后,我有一种更快的方法。

方法是不用transfer函数,代码如下:
public class Test {

  private final AtomicInteger[] iAccounts;
  public Test(int count, int money) {
    iAccounts = new AtomicInteger[count];
    for (int i = 0; i < count; i++) 
      iAccounts[i] = new AtomicInteger(money);
  }

  void transferAtomic(int from, int to, int money) {
    if (iAccounts[from].get() < money)
      return;
    iAccounts[from].getAndAdd(-money);
    try {
      Thread.sleep(2);
    }
    catch (Exception e) {
    }
    iAccounts[to].getAndAdd(money);
  }
//...以下略


新建一个TransferRunner,用transferAtomic而不用transfer函数。

此方法比用KeyLock快了10倍。测试的时候去掉那句sleep,就得到了代码的纯效率

不同点在于:
1. KeyLock每次针对两个账户进行了lock,而transferAtomic从本质上来说每次只lock一个账户,也就是它将转出和转入当做两个独立的操作进行:这并不影响账面的正确性
2. KeyLock有很多内存分配(装箱操作、Semaphore、包括lock之前的Integer{key1, key2})、Hash查询,而transferAtomic除了初始化之外没有任何内存分配及Hash查询,因而效率更高

事实上在需要使用KeyLock的时候总会有更优的替代方法(至少我想不到非得用KeyLock的场景),因为它的本质就是分别锁住两个对象(并没有同时,除非在lock()函数中再次加入同步机制)。

[解决办法]
以前从来没用过信号量,仿照你的代码写了一个用普通 Object 加锁的类,用了 ConcurrentHashMap 和 double-checked lock 来保证获取锁时重复的读操作 lock free:



import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;



public class KeyLocks<L> {
  
  private final Map<L, Object> locks = new ConcurrentHashMap<L, Object>();
  
  public Object getLock(L key) {
    
    Object result = locks.get(key);
    if( result == null ) synchronized (locks) {
      
      result = locks.get(key);
      if( result == null ) {
        
        result = new Object();
        locks.put(key, result);
      }
    }
    return result;
  }
}

class Test {
  
  private final int[] accounts;
  private final KeyLocks<Integer> keyLocks;
  
  Test(int count, int money) {
    
    if( count <= 0 )
      throw new IllegalArgumentException("Invalid number of accounts: " + count);
    if( money < 0 )
      throw new IllegalArgumentException("Invalid initial balance: " + money);
    
    accounts = new int[count];
    for(int i=0; i<accounts.length; i++)
      accounts[i] = money;
    
    keyLocks = new KeyLocks<Integer>();
  }
  
  boolean transfer(int from, int to, int money) {
    
    if( from < 0 
[解决办法]
 from >= accounts.length )
      throw new IndexOutOfBoundsException("Invalid from account: " + from);
    
    if( to < 0 
[解决办法]
 to >= accounts.length )
      throw new IndexOutOfBoundsException("Invalid to account: " + to);


    
    if( from == to )
      throw new IllegalArgumentException("Cannot transfer between same account.");
    
    if( money < 0 )
      throw new IllegalArgumentException("Invalid transfer amount: " + money);
    
    synchronized (keyLocks.getLock(from)) {
        
        if( accounts[from] < money )
          return false;
        
        accounts[from] -= money;
    }
    synchronized (keyLocks.getLock(to)) {
      
      accounts[to] += money;
    }
    return true;
  }
}



我不知道每次访问 ThreadLocal 和 建立 Semaphore 实例的开销有多大,也许是可以忽略不计的,那么这两种实现也许效率差不多。

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