Java多线程——性能与可伸缩性

可伸缩性

当增加计算资源时（如CPU、内存、存储容量或I/O带宽），程序的吞吐量或处理能力能相应的增加

Amdahl定理

F为必须被串行执行的部分，在N个处理器的机器中，在增加计算资源所能达到的最高加速比是

在这里插入图片描述
N趋于无穷大时，最大加速比趋于1/F，故串行部分是限制吞吐率的重要因素

线程引入的开销

上下文切换

切换过程中将保存当前运行线程的执行上下文，并将新调度进来的线程的执行上下文设置为当前上下文

内存同步

synchronized和volatile可能使用内存栅栏，其会刷新缓存，并可能抑制一些编译器优化操作

同步分为有竞争同步和无竞争同步，JVM会优化一些不会发生竞争的锁，如下

synchroized(new Object()){
}

当对象不会发布到堆，只会在栈中操作时，可以通过锁消除优化去掉加锁操作，如下Vector只会在栈上使用，可以消除add()加锁操作

public void testMethod() {
    Vector<String> vector = new Vector<>();
    vector.add("A");
    vector.add("B");
}

此外还可以进行锁粒度粗化，将临近的同步代码块用同一个锁合并起来，如上两个add()方法合并为单个锁的调用

阻塞

在锁上竞争时，失败的线程会阻塞，主要有两种阻塞方式

自旋等待，循环不断获取锁直到成功
通过操作系统挂起被阻塞的线程

减少锁的竞争

有两个因素影响锁上发生竞争的可能性

锁的请求频率
持有锁的时间

降低锁的竞争程度的方式有

降低锁的请求频率
减少锁的持有时间
使用带有协调机制的独占锁

缩小锁的范围

可以减少持有锁时需要执行的指令数量

public class A {

    public synchronized void test() {

    }

    public void test2() {
        synchronized (this) {

        }
    }
}

锁分解

用多个独立的锁保护独立的变量

public class A {

    private final Set<String> man = new HashSet<>();
    private final Set<String> woman = new HashSet<>();

    public synchronized void addMan(String s) {
        man.add(s);
    }

    public synchronized void addWoman(String s) {
        woman.add(s);
    }

    public void addMan2(String s) {
        synchronized (man) {
            man.add(s);
        }
    }

    public void addWoman2(String s) {
        synchronized (woman) {
            woman.add(s);
        }
    }
}