Java에서 세분화된 잠금을 구현하는 세 가지 방법에 대한 자세한 샘플 코드

최근 직장에서 비즈니스 로직의 정확성을 보장하기 위해 잠금이 필요하고 잠금 후 성능에 큰 영향을 미치지 않아야 하는 일부 높은 동시성 시나리오를 접했습니다. 초기 아이디어는 데이터의 타임스탬프 , id 및 기타 키워드를 잠그어 다양한 유형의 데이터 처리의 동시성을 보장하는 것입니다. Java 자체 api에서 제공하는 잠금 세분성이 너무 크고 이러한 요구 사항을 동시에 충족하기 어려워서 몇 가지 간단한 확장 기능을 직접 작성했습니다...

1. 분할된 잠금

concurrentHashMap의 분할 아이디어를 활용하여 먼저 일정 개수의 잠금을 생성한 다음 사용 시 키에 따라 해당 잠금을 반환합니다. 이는 여러 구현 중 가장 간단하고 성능이 뛰어나며 최종적으로 채택된 잠금 전략이기도 합니다. 코드는

/**
 * 分段锁，系统提供一定数量的原始锁，根据传入对象的哈希值获取对应的锁并加锁
 * 注意：要锁的对象的哈希值如果发生改变，有可能导致锁无法成功释放!!!
 */
public class SegmentLock<T> {
    private Integer segments = 16;//默认分段数量
    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() % segments);
        lock.lock();
    }

    public void unlock(T key) {
        ReentrantLock lock = lockMap.get(key.hashCode() % segments);
        lock.unlock();
    }
}

2. Hash lock

을 기반으로 개발되었습니다. 위의 분할된 잠금 중 두 번째 잠금 전략은 진정한 세분화된 잠금을 달성하는 것을 목표로 합니다. 서로 다른 해시 값을 가진 각 객체는 자체적인 독립적인 잠금을 얻을 수 있습니다. 테스트에서 잠긴 코드가 매우 빠르게 실행될 때 효율성은 세그먼트 잠금보다 약 30% 느렸습니다. 장기적인 운영이 있다면 성능이 더 좋아질 것 같은 느낌이 듭니다. 코드는 다음과 같습니다:

public class HashLock<T> {
    private boolean isFair = false;
    private final SegmentLock<T> segmentLock = new SegmentLock<>();//分段锁
    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. WeakReferenceLock

해시 잠금은 잠금 동기화를 보장하기 위해 분할된 잠금을 도입하기 때문에 항상 약간 결함이 있는 것처럼 느껴집니다. 그래서 더 나은 성능과 더 세분화된 잠금을 추구하기 위해 세 번째 잠금이 작성되었습니다. 이 잠금의 아이디어는 Java의 약한 참조를 사용하여 잠금을 생성하고 추가 소비를 피하기 위해 잠금 파괴를 JVM의 가비지 수집에 넘겨주는 것입니다.

ConcurrentHashMap을 잠금 컨테이너로 사용하기 때문에 분할 잠금을 실제로 제거할 수 없다는 점은 아쉽습니다. 이 잠금의 성능은 HashLock보다 약 10% 빠릅니다. 잠금 코드:

/**
 * 弱引用锁，为每个独立的哈希值提供独立的锁功能
 */
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;
        }
    }
}

Postscript

처음에는 locksupport와 AQS를 사용하여 세분화된 잠금을 구현하려고 했습니다. 이에 관해 글을 쓰고 나니 구현되는 내용이 크게 다르지 않다는 것을 알았습니다. Java의 기본 잠금이므로 포기했습니다. Java 자체 잠금의 캡슐화로 변경하는 데 많은 시간이 낭비되었습니다.

실제로 이러한 세분화된 잠금을 구현한 후 새로운 아이디어가 나타났습니다. 예를 들어 분할을 통해 데이터를 특수 스레드에 제출하여 처리할 수 있으며, 이를 통해 많은 스레드의 차단 시간을 줄이고 미래에 맡겨보세요…

위 내용은 Java에서 세분화된 잠금을 구현하는 세 가지 방법에 대한 자세한 샘플 코드의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!