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如何提高Java并行程序性能

everfight / 692人閱讀

摘要：因此將變量存放于獨立的緩存行中，也有助于變量在多線程訪問是的性能提升實戰高并發程序設計，大量的高并發庫都會采用這種技術。

在Java程序中，多線程幾乎已經無處不在。與單線程相比，多線程程序的設計和實現略微困難，但通過多線程，我們卻可以獲得多核CPU帶來的性能飛躍，從這個角度說，多線程是一種值得嘗試的技術。那么如何寫出高效的多線程程序呢？

有關多線程的誤區：線程越多，性能越好

不少初學者可能認為，線程數量越多，那么性能應該越好。因為程序給我們的直觀感受總是這樣。一個兩個線程可能跑的很難，線程一多可能就快了。但事實并非如此。因為一個物理CPU一次只能執行一個線程，多個線程則意味著必須進行線程的上下文切換，而這個代價是很高的。因此，線程數量必須適量，最好的情況應該是N個CPU使用N個線程，并且讓每個CPU的占有率都達到100%，這種情況下，系統的吞吐量才發揮到極致。但現實中，不太可能讓單線程獨占CPU達到100%，一個普遍的愿意是因為IO操作，無論是磁盤IO還是網絡IO都是很慢的。線程在執行中會等待，因此效率就下來了。這也就是為什么在一個物理核上執行多個線程會感覺效率高了，對于程序調度來說，一個線程等待時，也正是其它線程執行的大好機會，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。每次只允許一個線程進入臨界區，讓其它相關線程等待。等待有2種，一種是直接使用操作系統指令掛起線程，另外一種是自旋等待。在操作系統直接掛起，是一種簡單粗暴的實現，性能較差，不太適用于高并發的場景，因為隨之而來的問題就是大量的線程上下文切換。如果可以，嘗試一下進行有限的自旋等待，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謂的開銷。JDK中ConcurrentHashMap的實現里就有一些自旋等待的實現。此外Java虛擬機層面，對synchronized關鍵字也有自旋等待的優化。

善用“無鎖”

阻塞線程會帶來性能開銷，因此，一種提供性能的方案就是使用無鎖的CAS操作。JDK中的原子類，如AtomicInteger正是使用了這種方案。在高并發環境中，沖突較多的情況下，它們的性能遠遠好于傳統的鎖操作（《實戰Java高并發程序設計》 P158）。

處理好“偽共享”問題

大家知道，CPU有一個高速緩存Cache。在Cache中，讀寫數據的最小單位是緩存行，如果2個變量存在一個緩存行中，那么在多線程訪問中，可能會相互影響彼此的性能。因此將變量存放于獨立的緩存行中，也有助于變量在多線程訪問是的性能提升（《實戰Java高并發程序設計》 P200），大量的高并發庫都會采用這種技術。

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