Java锁性能优化的多种方法（新手必看）

锁优化是并发编程中非常重要的一个方面，其目的是减少锁引起的竞争，降低线程间的同步开销，提高并发性能。

本节总结了一些常用的锁优化手段和方法，具体如下。

1) 锁粒度细化

• 锁分割（Lock Splitting）：将一个大锁分成几个小锁，每个小锁保护一部分资源，减少了线程竞争的可能性；
• 锁分段（Lock Stripping）：类似于锁分割，但通常应用于数据结构，其中数据被分成独立的部分（如 HashMap 中的多个桶），每个部分有自己的锁。

2) 锁分离

比如使用 ReadWriteLock 实现读写分离。允许多个线程同时读取资源，但写入时需要独占锁，这通常用于在读多写少的场景下提高性能。

3) 无锁编程

• 原子操作：利用原子变量（如 AtomicInteger）进行无锁的线程安全操作；
• 乐观锁：基于CAS操作实现乐观锁，只在数据提交时检查是否有冲突。

4) 锁消除

采用编译器优化技术，移除那些不可能被不同线程同时访问的共享资源上的锁，比如局部变量或不可能逃逸出方法作用范围的对象。

5) 锁粗化

在一系列的连续锁操作中，如果没有其他线程介入的可能，可以将多个锁操作合并为一次较长时间的锁定，减少锁获取和释放的次数。

6) 轻量级锁和偏向锁（JVM层面）

• 轻量级锁：在无竞争情况下避免使用重量级的操作系统互斥量，而应通过简单的 CAS 操作提高性能。
• 偏向锁：偏向锁只会被一个线程重复获取，线程把偏向锁设置为这个线程的 ID，避免锁的不必要竞争。

7) 超时和自旋锁

• 超时：对锁操作设置超时时间，超时未能获取锁则放弃获取，避免死锁和活锁。
• 自旋锁：在多 CPU 系统中，线程尝试获取锁时可能会执行几次循环，以期望锁很快被释放，避免线程挂起的开销。

8) 顺序锁和条件变量

• 顺序锁（Sequence Lock）：适用于读取远多于写入的场景，允许不使用锁读取数据，通过版本号检查来保证数据的一致性。
• 条件变量：允许线程在某些条件未满足时释放锁并等待，这样可以避免无效的锁竞争。

9) 死锁检测与预防

• 避免嵌套锁：减少锁嵌套调用，避免出现死锁。
• 顺序获取资源：按照一定顺序获取锁，避免循环等待。

10) 始终释放锁

编写代码时确保在操作完成后始终释放锁，最佳实践是使用 try-finally 块来确保锁的释放。

锁的优化需要根据应用程序的实际情况和性能瓶颈进行，不同的优化策略可能适用于不同的场景。在某些情况下，最好的锁是没有锁，也就是说应该设计无锁的并发数据结构。在其他情况下，可以通过上述锁优化手段和方法减少锁的竞争和开销。