如何提高Java并行程序性能

everfight 發(fā)布于2019-08-14 15:10 / 694人閱讀

摘要：因此將變量存放于獨(dú)立的緩存行中，也有助于變量在多線程訪問(wèn)是的性能提升實(shí)戰(zhàn)高并發(fā)程序設(shè)計(jì)，大量的高并發(fā)庫(kù)都會(huì)采用這種技術(shù)。

在Java程序中，多線程幾乎已經(jīng)無(wú)處不在。與單線程相比，多線程程序的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)略微困難，但通過(guò)多線程，我們卻可以獲得多核CPU帶來(lái)的性能飛躍，從這個(gè)角度說(shuō)，多線程是一種值得嘗試的技術(shù)。那么如何寫出高效的多線程程序呢？

有關(guān)多線程的誤區(qū)：線程越多，性能越好

不少初學(xué)者可能認(rèn)為，線程數(shù)量越多，那么性能應(yīng)該越好。因?yàn)槌绦蚪o我們的直觀感受總是這樣。一個(gè)兩個(gè)線程可能跑的很難，線程一多可能就快了。但事實(shí)并非如此。因?yàn)橐粋€(gè)物理CPU一次只能執(zhí)行一個(gè)線程，多個(gè)線程則意味著必須進(jìn)行線程的上下文切換，而這個(gè)代價(jià)是很高的。因此，線程數(shù)量必須適量，最好的情況應(yīng)該是N個(gè)CPU使用N個(gè)線程，并且讓每個(gè)CPU的占有率都達(dá)到100%，這種情況下，系統(tǒng)的吞吐量才發(fā)揮到極致。但現(xiàn)實(shí)中，不太可能讓單線程獨(dú)占CPU達(dá)到100%，一個(gè)普遍的愿意是因?yàn)镮O操作，無(wú)論是磁盤IO還是網(wǎng)絡(luò)IO都是很慢的。線程在執(zhí)行中會(huì)等待，因此效率就下來(lái)了。這也就是為什么在一個(gè)物理核上執(zhí)行多個(gè)線程會(huì)感覺效率高了，對(duì)于程序調(diào)度來(lái)說(shuō)，一個(gè)線程等待時(shí)，也正是其它線程執(zhí)行的大好機(jī)會(huì)，因此，CPU資源得到了充分的利用。

盡可能不要掛起線程

多線程程序免不了要同步，最直接的方法就是使用鎖。每次只允許一個(gè)線程進(jìn)入臨界區(qū)，讓其它相關(guān)線程等待。等待有2種，一種是直接使用操作系統(tǒng)指令掛起線程，另外一種是自旋等待。在操作系統(tǒng)直接掛起，是一種簡(jiǎn)單粗暴的實(shí)現(xiàn)，性能較差，不太適用于高并發(fā)的場(chǎng)景，因?yàn)殡S之而來(lái)的問(wèn)題就是大量的線程上下文切換。如果可以，嘗試一下進(jìn)行有限的自旋等待，等待不成功再去掛起線程也不遲。這樣很有可能可以避免一些無(wú)謂的開銷。JDK中ConcurrentHashMap的實(shí)現(xiàn)里就有一些自旋等待的實(shí)現(xiàn)。此外Java虛擬機(jī)層面，對(duì)synchronized關(guān)鍵字也有自旋等待的優(yōu)化。

善用“無(wú)鎖”

阻塞線程會(huì)帶來(lái)性能開銷，因此，一種提供性能的方案就是使用無(wú)鎖的CAS操作。JDK中的原子類，如AtomicInteger正是使用了這種方案。在高并發(fā)環(huán)境中，沖突較多的情況下，它們的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的鎖操作（《實(shí)戰(zhàn)Java高并發(fā)程序設(shè)計(jì)》 P158）。

處理好“偽共享”問(wèn)題

大家知道，CPU有一個(gè)高速緩存Cache。在Cache中，讀寫數(shù)據(jù)的最小單位是緩存行，如果2個(gè)變量存在一個(gè)緩存行中，那么在多線程訪問(wèn)中，可能會(huì)相互影響彼此的性能。因此將變量存放于獨(dú)立的緩存行中，也有助于變量在多線程訪問(wèn)是的性能提升（《實(shí)戰(zhàn)Java高并發(fā)程序設(shè)計(jì)》 P200），大量的高并發(fā)庫(kù)都會(huì)采用這種技術(shù)。