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Java并发编程中如何减少锁竞争_性能优化实战经验

P粉602998670

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发布时间:2026-01-07 08:50:03

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来源于php中文网

原创

多数场景下无需用ReentrantLock替代synchronized,因其JVM优化已足够高效;仅当需tryLock、公平锁、Condition或锁中断时才考虑切换,并应先通过JFR/jstack确认真实锁竞争。

java并发编程中如何减少锁竞争_性能优化实战经验

ReentrantLock 替代 synchronized 前先确认是否真有必要

多数场景下,synchronized 的 JVM 优化(如锁消除、轻量级锁、偏向锁)已足够高效,盲目换成 ReentrantLock 反而增加代码复杂度和 GC 压力。只有当你需要以下能力时才考虑切换:

  • tryLock() 实现非阻塞获取锁
  • 指定公平性(new ReentrantLock(true)),但注意公平锁会显著降低吞吐量
  • 条件变量(Condition)实现更精细的线程协作
  • 需要中断正在等待锁的线程(lockInterruptibly()

实操建议:先用 JFR 或 jstack 确认存在真实锁竞争(如大量线程在 WAITINGBLOCKED 状态),再针对性替换。

缩小锁粒度:从「对象锁」到「分段锁」再到「无锁

锁竞争本质是多个线程争抢同一把锁。最直接的优化是让锁保护的资源更小、更独立:

  • 避免对整个 HashMap 加锁,改用 ConcurrentHashMap —— 它内部按 segment(Java 8+ 改为 Node 数组 + CAS + synchronized on bucket)分段控制
  • 对计数器类场景,优先用 LongAdder 而非 synchronized ++AtomicLong:它通过 cell 分片减少 CAS 冲突,在高并发累加时性能提升可达 5–10 倍
  • 若业务允许最终一致性,可考虑读写分离 + StampedLock,但注意其不支持重入,且乐观读需手动校验戳(validate()
LongAdder counter = new LongAdder();
counter.increment(); // 高并发下比 AtomicLong.incrementAndGet() 更稳

避免锁内执行耗时操作:IO、远程调用、复杂计算必须移出同步块

这是最容易被忽视的性能黑洞。一个持有锁的线程若在锁内发起 HTTP 请求或解析大 JSON,等于把所有其他等待线程“堵死”:

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  • 错误写法:synchronized(obj) { httpCall(); updateCache(); }
  • 正确拆分:先 httpCall()(无锁),再 synchronized(obj) { updateCache(); }(仅保护共享状态更新)
  • 数据库操作同理:用连接池异步获取连接,只在真正更新内存状态(如本地缓存)时加锁
  • 日志记录也需警惕——log.debug("value={}", heavyObject.toString()) 若在锁内,可能触发慢 toString(),间接延长持锁时间

慎用 wait()/notify():优先选择 java.util.concurrent 高层工具

手写 wait/notify 极易出错:漏唤醒、虚假唤醒、锁未释放就 wait、notify 顺序依赖等。现代 Java 应该用更安全的替代方案:

  • 线程协调:用 CountDownLatch(一次性)、CyclicBarrier(可重用)、Phaser(动态注册)
  • 生产者-消费者:用 BlockingQueue 实现(如 LinkedBlockingQueueArrayBlockingQueue),而非自己维护 wait/notify 循环
  • 条件等待:用 Condition 配合 ReentrantLock,比 Object.wait() 更清晰(一个锁可绑定多个 Condition

关键点在于:这些工具内部已处理了唤醒丢失、中断响应、公平性等细节,你只需关注业务语义。

锁竞争优化不是堆砌高级 API,而是持续观察真实线程行为、识别瓶颈位置、然后做最小改动。最危险的优化,是没测就改 —— 尤其是引入 StampedLock 或自定义无锁结构时,极易因边界条件引发偶发数据错乱。

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