【高并發(fā)】面試官：講講高并發(fā)場景下如何優(yōu)化加鎖方式？
寫在前面
很多時候，我們在并發(fā)編程中，涉及到加鎖操作時，對代碼塊的加鎖操作真的合理嗎？還有沒有需要優(yōu)化的地方呢？
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問題闡述
產(chǎn)生死鎖時的四個必要條件，只有四個條件同時具備時才能發(fā)生死鎖。其中，我們在阻止請求與保持條件時，采用了一次性申請所有的資源的方式。例如在我們完成轉(zhuǎn)賬操作的過程中，我們一次性申請賬戶A和賬戶B，兩個賬戶都申請成功后，再執(zhí)行轉(zhuǎn)賬的操作。其中，在我們實現(xiàn)的轉(zhuǎn)賬方法中，使用了死循環(huán)來循環(huán)獲取資源，直到同時獲取到賬戶A和賬戶B為止，核心代碼如下所示。
//一次申請轉(zhuǎn)出賬戶和轉(zhuǎn)入賬戶，直到成功
while(!requester.applyResources(this,?target)){
????//循環(huán)體為空
????;
}
如果ResourcesRequester類的applyResources()方法執(zhí)行的時間非常短，并且程序并發(fā)帶來的沖突不大，程序循環(huán)幾次到幾十次就可以同時獲取到轉(zhuǎn)出賬戶和轉(zhuǎn)入賬戶，這種方案就是可行的。
但是，如果ResourcesRequester類的applyResources()方法執(zhí)行的時間比較長，或者說，程序并發(fā)帶來的沖突比較大，此時，可能需要循環(huán)成千上萬次才能同時獲取到轉(zhuǎn)出賬戶和轉(zhuǎn)入賬戶。這樣就太消耗CPU資源了，此時，這種方案就是不可行的了。
那么，有沒有什么方式對這種方案進(jìn)行優(yōu)化呢？
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問題分析
既然使用死循環(huán)一直獲取資源這種方案存在問題，那我們換位思考一下。當(dāng)線程執(zhí)行時，發(fā)現(xiàn)條件不滿足，是不是可以讓線程進(jìn)入等待狀態(tài)？當(dāng)條件滿足的時候，通知等待的線程重新執(zhí)行？
也就是說，如果線程需要的條件不滿足，我們就讓線程進(jìn)入等待狀態(tài)；如果線程需要的條件滿足時，我們再通知等待的線程重新執(zhí)行。這樣，就能夠避免程序進(jìn)行循環(huán)等待進(jìn)而消耗CPU的問題。
那么，問題又來了！當(dāng)條件不滿足時，如何實現(xiàn)讓線程等待？當(dāng)條件滿足時，又如何喚醒線程呢？
不錯，這是個問題！不過這個問題解決起來也非常簡單。簡單的說，就是使用線程的等待與通知機制。
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線程的等待與通知機制
我們可以使用線程的等待與通知機制來優(yōu)化阻止請求與保持條件時，循環(huán)獲取賬戶資源的問題。具體的等待與通知機制如下所示。
執(zhí)行的線程首先獲取互斥鎖，如果線程繼續(xù)執(zhí)行時，需要的條件不滿足，則釋放互斥鎖，并進(jìn)入等待狀態(tài)；當(dāng)線程繼續(xù)執(zhí)行需要的條件滿足時，就通知等待的線程，重新獲取互斥鎖。
那么，說了這么多，Java支持這種線程的等待與通知機制嗎？其實，這個問題問的就有點廢話了，Java這么優(yōu)秀（牛逼）的語言肯定支持啊，而且實現(xiàn)起來也比較簡單。
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Java實現(xiàn)線程的等待與通知機制
實現(xiàn)方式
其實，使用Java語言實現(xiàn)線程的等待與通知機制有多種方式，這里我就簡單的列舉一種方式，其他的方式大家可以自行思考和實現(xiàn)，有不懂的地方也可以問我！
在Java語言中，實現(xiàn)線程的等待與通知機制，一種簡單的方式就是使用synchronized并結(jié)合wait()、notify()和notifyAll()方法來實現(xiàn)。
實現(xiàn)原理
我們使用synchronized加鎖時，只允許一個線程進(jìn)入synchronized保護(hù)的代碼塊，也就是臨界區(qū)。如果一個線程進(jìn)入了臨界區(qū)，則其他的線程會進(jìn)入阻塞隊列里等待，這個阻塞隊列和synchronized互斥鎖是一對一的關(guān)系，也就是說，一把互斥鎖對應(yīng)著一個獨立的阻塞隊列。
在并發(fā)編程中，如果一個線程獲得了synchronized互斥鎖，但是不滿足繼續(xù)向下執(zhí)行的條件，則需要進(jìn)入等待狀態(tài)。此時，可以使用Java中的wait()方法來實現(xiàn)。當(dāng)調(diào)用wait()方法后，當(dāng)前線程就會被阻塞，并且會進(jìn)入一個等待隊列中進(jìn)行等待，這個由于調(diào)用wait()方法而進(jìn)入的等待隊列也是互斥鎖的等待隊列。而且，線程在進(jìn)入等待隊列的同時，會釋放自身獲得的互斥鎖，這樣，其他線程就有機會獲得互斥鎖，進(jìn)而進(jìn)入臨界區(qū)了。整個過程可以表示成下圖所示。
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具體實現(xiàn)
實現(xiàn)邏輯
選擇哪個互斥鎖
線程執(zhí)行轉(zhuǎn)賬操作的條件
線程什么時候進(jìn)入等待狀態(tài)
什么時候通知等待的線程執(zhí)行
while(不滿足條件){
????wait();
}
實現(xiàn)代碼
public?class?ResourcesRequester{
????//存放申請資源的集合
????private?List
public?class?ResourcesRequesterHolder{
????private?ResourcesRequesterHolder(){}
????
????public?static?ResourcesRequester?getInstance(){
????????return?Singleton.INSTANCE.getInstance();
????}
????private?enum?Singleton{
????????INSTANCE;
????????private?ResourcesRequester?singleton;
????????Singleton(){
????????????singleton?=?new?ResourcesRequester();
????????}
????????public?ResourcesRequester?getInstance(){
????????????return?singleton;
????????}
????}
}
public?class?TansferAccount{
????//賬戶的余額
????private?Integer?balance;
????//ResourcesRequester類的單例對象
????private?ResourcesRequester?requester;
???
????public?TansferAccount(Integer?balance){
????????this.balance?=?balance;
????????this.requester?=?ResourcesRequesterHolder.getInstance();
????}
????//轉(zhuǎn)賬操作
????public?void?transfer(TansferAccount?target,?Integer?transferMoney){
????????//一次申請轉(zhuǎn)出賬戶和轉(zhuǎn)入賬戶，直到成功
????????requester.applyResources(this,?target))
????????try{
????????????//對轉(zhuǎn)出賬戶加鎖
????????????synchronized(this){
????????????????//對轉(zhuǎn)入賬戶加鎖
????????????????synchronized(target){
????????????????????if(this.balance?>=?transferMoney){
????????????????????????this.balance?-=?transferMoney;
????????????????????????target.balance?+=?transferMoney;
????????????????????}???
????????????????}
????????????}
????????}finally{
????????????//最后釋放賬戶資源
????????????requester.releaseResources(this,?target);
????????}
????}
}
?
notify()和notifyAll()的區(qū)別
notify()方法
notifyAll()方法
有道無術(shù)，術(shù)可成；有術(shù)無道，止于術(shù)
歡迎大家關(guān)注Java之道公眾號
好文章，我在看??