Java5 Concurrent包中的锁机制

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        JDK1.5以后加入了concurrent包,主要是为了提高多线程的开发效率,其中提供了很多支持并发的集合类,其中包括:ConcurrentHashMap。大家知道HashTable也是支持并发环境的,也就是说多线程安全的,那两者有什么区别呢?

分析

        其实简单的说是同步机制有区别,具体区别又在那里呢?

        请看HashTable的put方法:

Java代码  收藏代码
  1. /** 
  2.      * Maps the specified <code>key</code> to the specified 
  3.      * <code>value</code> in this hashtable. Neither the key nor the 
  4.      * value can be <code>null</code>. <p> 
  5.      * 
  6.      * The value can be retrieved by calling the <code>get</code> method 
  7.      * with a key that is equal to the original key. 
  8.      * 
  9.      * @param      key     the hashtable key 
  10.      * @param      value   the value 
  11.      * @return     the previous value of the specified key in this hashtable, 
  12.      *             or <code>null</code> if it did not have one 
  13.      * @exception  NullPointerException  if the key or value is 
  14.      *               <code>null</code> 
  15.      * @see     Object#equals(Object) 
  16.      * @see     #get(Object) 
  17.      */  
  18.     public synchronized V put(K key, V value) {  
  19.     // Make sure the value is not null  
  20.     if (value == null) {  
  21.         throw new NullPointerException();  
  22.     }  
  23.   
  24.     // Makes sure the key is not already in the hashtable.  
  25.     Entry tab[] = table;  
  26.     int hash = key.hashCode();  
  27.     int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;  
  28.     for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {  
  29.         if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {  
  30.         V old = e.value;  
  31.         e.value = value;  
  32.         return old;  
  33.         }  
  34.     }  
  35.   
  36.     modCount++;  
  37.     if (count >= threshold) {  
  38.         // Rehash the table if the threshold is exceeded  
  39.         rehash();  
  40.   
  41.             tab = table;  
  42.             index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;  
  43.     }  
  44.   
  45.     // Creates the new entry.  
  46.     Entry<K,V> e = tab[index];  
  47.     tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);  
  48.     count++;  
  49.     return null;  
  50.     }  

     代码中使用synchronized函数的方式进行同步,这个类的其他方法也是使用这个机制进行同步的。我们先来大致了解一下synchronized的机制:

     在多线程环境中,Java的对象都会隐式的包含有一个同步队列,其中类会有一个,然后每个类实例也会包含一个。如图:

 

sync

Java代码  收藏代码
  1. class Foo {  
  2.       synchronized void doSomething(); // 把同步的线程放入类实例的同步队列  
  3.       synchronized static void doSomething(); //把同步的线程放入类的同步队列  
  4. }  

 

 然后我们再来看看ConcurrentHashMap 的put方法:

Java代码  收藏代码
  1. //ConcurrentHashMap  
  2. public V put(K key, V value) {  
  3.         if (value == null)  
  4.             throw new NullPointerException();  
  5.         int hash = hash(key.hashCode());  
  6.         return segmentFor(hash).put(key, hash, value, false);  
  7.     }  
  8.   
  9. //Segment内部类,继承至ReentrantLock  
  10. V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {  
  11.             lock();  
  12.             try {  
  13.                 int c = count;  
  14.                 if (c++ > threshold) // ensure capacity  
  15.                     rehash();  
  16.                 HashEntry<K,V>[] tab = table;  
  17.                 int index = hash & (tab.length - 1);  
  18.                 HashEntry<K,V> first = tab[index];  
  19.                 HashEntry<K,V> e = first;  
  20.                 while (e != null && (e.hash != hash || !key.equals(e.key)))  
  21.                     e = e.next;  
  22.   
  23.                 V oldValue;  
  24.                 if (e != null) {  
  25.                     oldValue = e.value;  
  26.                     if (!onlyIfAbsent)  
  27.                         e.value = value;  
  28.                 }  
  29.                 else {  
  30.                     oldValue = null;  
  31.                     ++modCount;  
  32.                     tab[index] = new HashEntry<K,V>(key, hash, first, value);  
  33.                     count = c; // write-volatile  
  34.                 }  
  35.                 return oldValue;  
  36.             } finally {  
  37.                 unlock();  
  38.             }  
  39.         }  

 

ReentrantLock就是Java Concurrent包提供的锁对象,Lock的使用方法大致如下:

Java代码  收藏代码
  1. Lock l = ...;  
  2. l.lock();  
  3. try {  
  4.     // access the resource protected by this lock  
  5. finally {  
  6.     l.unlock();  
  7. }  

 

为什么使用Lock对象会比使用synchronized有更好的性能呢?我们再来看看ReentrantLock的实现:

Java代码  收藏代码
  1. public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {  
  2.     private static final long serialVersionUID = 7373984872572414699L;  
  3.     /** Synchronizer providing all implementation mechanics */  
  4.     private final Sync sync;  
  5.   
  6.     /** 
  7.      * Base of synchronization control for this lock. Subclassed 
  8.      * into fair and nonfair versions below. Uses AQS state to 
  9.      * represent the number of holds on the lock. 
  10.      */  
  11.     static abstract class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {  
  12.         private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;  
  13. ..........  
  14. ...........  

 我们从中看到ReentrantLock对象也维护着一个同步队列,性能差别就在于这个队列的实现上,我们再来看AbstractQueuedSynchronizer的代码:

Java代码  收藏代码
  1.  /** 
  2.      * Inserts node into queue, initializing if necessary. See picture above. 
  3.      * @param node the node to insert 
  4.      * @return node's predecessor 
  5.      */  
  6.     private Node enq(final Node node) {  
  7.         for (;;) {  
  8.             Node t = tail;  
  9.             if (t == null) { // Must initialize  
  10.                 Node h = new Node(); // Dummy header  
  11.                 h.next = node;  
  12.                 node.prev = h;  
  13.                 if (compareAndSetHead(h)) {  
  14.                     tail = node;  
  15.                     return h;  
  16.                 }  
  17.             }  
  18.             else {  
  19.                 node.prev = t;  
  20.                 if (compareAndSetTail(t, node)) {  
  21.                     t.next = node;  
  22.                     return t;  
  23.                 }  
  24.             }  
  25.         }  
  26.     }  
  27.   
  28. /** 
  29.      * CAS head field. Used only by enq 
  30.      */  
  31.     private final boolean compareAndSetHead(Node update) {  
  32.         return unsafe.compareAndSwapObject(this, headOffset, null, update);//使用compare and swap方式  
  33.     }  
  34.   
  35.     /** 
  36.      * CAS tail field. Used only by enq 
  37.      */  
  38.     private final boolean compareAndSetTail(Node expect, Node update) {  
  39.         return unsafe.compareAndSwapObject(this, tailOffset, expect, update);//使用compare and swap方式  
  40.     }  

 

到了Unsafe.java这里就要通过本地代码实现了,下面是kaffe里面的本地代码实现:

C代码  收藏代码
  1. /** 
  2.  * Helper macro, defining a sun.misc.Unsafe compare and swap function  
  3.  * with a given NAME tail and TYPE of arguments. 
  4.  */  
  5. #define KAFFE_UNSAFE_COMPARE_AND_SWAP(NAME, TYPE)  
  6. JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_sun_misc_Unsafe_compareAndSwap ## NAME(JNIEnv* env, jobject unsafe UNUSED, jobject obj, jlong offset, TYPE expect, TYPE update)   
  7. {   
  8.   volatile TYPE * address = getFieldAddress(env, obj, offset);   
  9.   if (sizeof(TYPE) == sizeof(gint))   
  10.     return g_atomic_int_compare_and_exchange((volatile gint *) address, (gint) expect, (gint) update);   
  11.   else if (sizeof(TYPE) == sizeof(gpointer))   
  12.     return g_atomic_pointer_compare_and_exchange((volatile gpointer *) address, (gpointer) expect, (gpointer) update);   
  13.   else   
  14.     if (*address == expect) {   
  15.       *address = update;   
  16.       return JNI_TRUE;   
  17.     }   
  18.     else   
  19.       return JNI_FALSE;   
  20. }   

再看glib的代码:

C代码  收藏代码
  1. gboolean g_atomic_int_compare_and_exchange (volatile gint *atomic,   
  2.                    gint           oldval,   
  3.                    gint           newval)  
  4. {  
  5.   gint result;  
  6.    
  7.   __asm__ __volatile__ ("lock; cmpxchgl %2, %1"  
  8.             : "=a" (result), "=m" (*atomic)  
  9.             : "r" (newval), "m" (*atomic), "0" (oldval));   
  10.   
  11.   return result == oldval;  
  12. }  

 AT&T汇编,

cmpxchg

一条指令总会是原子性的了吧

 

总结

     concurrent包中大量使用了新的锁机制,新的Lock机制最终归结到一个原子性操作上,所以会比使用synchronized关键字有更高的性能。

posted @ 2011-11-22 17:24  balaamwe  阅读(478)  评论(0编辑  收藏  举报