Java锁优化
应用程序在并发环境下会产生很多问题，通常情况下，我们可以通过加锁来解决多线程对临界资源的访问问题。但是加锁往往会成为系统的瓶颈，因为加锁和释放锁会涉及到与操作系统的交互，会有很大的性能问题。那么这个时候基于锁的优化手段就显得很重要了。
一般情况下，可以从两个角度进行锁优化：对单个锁算法的优化和对锁粒度的细分。
1. 单个锁的优化
自旋锁：
非自旋锁在未获取锁的情况会被阻塞，之后再唤醒尝试获得锁。而JDK的阻塞和唤醒是基于操作系统实现的，会有系统资源的开销。自旋锁就是线程不停地循环尝试获得锁，而不会将自己阻塞，这样不会浪费系统的资源开销，但是会浪费CPU的资源。所有现在的JDK大部分都是先自旋等待，如果自旋等待一段时间之后还没有获取到锁，就会将当前线程阻塞。
锁消除：
当JVM分析代码时发现某个方法只被单个线程安全访问，而且这个方法是同步方法，那么JVM就会去掉这个方法的锁。
单个锁优化的瓶颈：
对单个锁优化的效果就像提高单个CPU的处理能力一样，最终会由于各个方面的限制而达到一个平衡点，到达这个点之后优化单个锁的对高并发下面锁的优化效果越来越低。所以将一个锁进行粒度细分带来的效果会很明显，如果一个锁保护的代码块被拆分成两个锁来保护，那么程序的效率就大约能够提高到2倍，这个比单个锁的优化带来的效果要明显很多。常见的锁粒度细分技术有：锁分解和锁分段
2. 细分锁粒度
细分锁粒度的目的是降低竞争锁的概率。
2.1 锁分解
锁分解的核心是将无关的代码块，如果在一个方法中有一部分的代码与锁无关，一部分的代码与锁有关，那么可以缩小这个锁的返回，这样锁操作的代码块就会减少，锁竞争的可能性也会减少
缩小锁的范围
缩小锁的范围是指尽量只在必要的地方加锁，不要扩大加锁的范围，就拿单例模式举例，范围大的锁可能将整个方法都加锁了：
class Singleton {
private Singleton instance;
private Singleton() {
}
// 将整个方法加锁
public synchronized Singleton getInstance() {
try {
Thread.sleep(1000); //do something
if(null == instance)
instance = new Singleton();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return instance;
}
}
优化后的，只将部分代码加锁：
class Singleton {
private Singleton instance;
private Singleton() {
}
public Singleton getInstance() {
try {
Thread.sleep(1000); //do something
// 只对部分代码加锁
synchronized(this) {
if(null == instance)
instance = new Singleton();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return instance;
}
}
减少锁的粒度
减少锁的粒度是指如果一个锁需要保护多个相互独立的变量，那么可以将一个锁分解为多个锁，并且每个锁保护一个变量，这样就可以减少锁冲突。看一下下面的例子：
class Demo{
private Set<String> allUsers = new HashSet<String>();
private Set<String> allComputers = new HashSet<String>();
//公用一把锁
public synchronized void addUser(String user){
allUsers.add(user);
}
public synchronized void addComputer(String computer){
allComputers.add(computer);
}
}
缩小锁的粒度后，将一个锁拆分为多个：
class Demo{
private Set<String> allUsers = new HashSet<String>();
private Set<String> allComputers = new HashSet<String>();
//分解为两把锁
public void addUser(String user){
synchronized (allUsers){
allUsers.add(user);
}
}
public void addComputer(String computer){
synchronized (allComputers){
allComputers.add(computer);
}
}
}
如上的方法把一个锁分解为2个锁时候，采用两个线程时候，大约能够使程序的效率提升一倍。
2.2 锁分段
锁分段和缩小锁的粒度类似，就是将锁细分的粒度更多，比如将一个数组的每个位置当做单独的锁。JDK8以前ConcurrentHashMap就使用了锁分段技术，它将散列数组分成多个Segment，每个Segment存储了实际的数据，访问数据的时候只需要对数据所在的Segment加锁就行。
参考：
Java锁分解锁分段技术： http://guochenglai.com/2016/06/04/java-concurrent4-java-subsection-decompose/
ConcurrentHashMap的锁分段技术：https://blog.csdn.net/yansong_8686/article/details/50664351
