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java – 用于同步获取/释放的无锁保护

发布时间:2020-12-15 02:34:13 所属栏目:Java 来源:网络整理
导读:我有一个共享的临时文件资源,分为4K块(或一些这样的值).文件中的每个4K由从零开始的索引表示.对于此共享资源,我跟踪正在使用的4K块索引,并始终返回未使用的最低索引4K块,如果所有正在使用,则返回-1. 索引的这个ResourceSet类有一个公共的获取和释放方法,它们
我有一个共享的临时文件资源,分为4K块(或一些这样的值).文件中的每个4K由从零开始的索引表示.对于此共享资源,我跟踪正在使用的4K块索引,并始终返回未使用的最低索引4K块,如果所有正在使用,则返回-1.

索引的这个ResourceSet类有一个公共的获取和释放方法,它们都使用同步锁,其持续时间大约相当于生成4个随机数(昂贵,cpu-wise).

因此,从下面的代码中可以看出,我使用AtomicInteger“计数信号量”来防止大量线程在acquire()上同时进入临界区,返回-1(现在不可用)线程太多了.

目前,我使用100的常量作为紧密的CAS循环来尝试增加获取中的原子整数,并将最大线程数的常量设置为10然后允许进入临界区,这足以产生争用.我的问题是,对于中等到高负载的servlet引擎,这些常量应该是什么?有几个线程试图访问这些4K块?

public class ResourceSet {

    // ??? what should this be
    // maximum number of attempts to try to increment with CAS on acquire
    private static final int    CAS_MAX_ATTEMPTS = 50;

    // ??? what should this be
    // maximum number of threads contending for lock before returning -1 on acquire
    private static final int    CONTENTION_MAX = 10;

    private AtomicInteger        latch = new AtomicInteger(0);

    ... member variables to track free resources

    private boolean aquireLatchForAquire ()
    {
        for (int i = 0; i < CAS_MAX_ATTEMPTS; i++) {
            int val = latch.get();
            if (val == -1)
                throw new AssertionError("bug in ResourceSet");        // this means more threads than can exist on any system,so its a bug!
            if (!latch.compareAndSet(val,val+1))
                continue;
            if (val < 0 || val >= CONTENTION_MAX) {
                latch.decrementAndGet();
                // added to fix BUG that comment pointed out,thanks!
                return false;
            }
        }
        return false;
    }

    private void aquireLatchForRelease ()
    {
        do {
            int val = latch.get();
            if (val == -1)
                throw new AssertionError("bug in ResourceSet");    // this means more threads than can exist on any system,so its a bug!
            if (latch.compareAndSet(val,val+1))
                return;
        } while (true);
    }

    public ResourceSet (int totalResources)
    {
        ... initialize
    }

    public int acquire (ResourceTracker owned)
    {        
        if (!aquireLatchForAquire())
            return -1;

        try {
            synchronized (this) {
                ... algorithm to compute minimum free resoource or return -1 if all in use
                return resourceindex;
            }
        } finally {
            latch.decrementAndGet();
        }
    }

    public boolean release (ResourceIter iter)
    {
        aquireLatchForRelease();
        try {
            synchronized (this) {
                ... iterate and release all resources
            }
        } finally {
            latch.decrementAndGet();
        }
    }
}

解决方法

编写一个优秀且高性能的自旋锁实际上非常复杂,需要很好地理解内存障碍.仅仅选择一个常数并不会削减它,绝对不会是便携式的.谷歌的gperftools有 an example你可以看,但可能比你需要的更复杂.

如果您真的想减少对锁的争用,您可能需要考虑使用更细粒度和乐观的方案.一个简单的方法是将你的块分成n组并将锁与每个组相关联(也称为剥离).这将有助于减少争用并提高吞吐量,但无助于减少延迟.您还可以将AtomicBoolean与每个块和CAS相关联以获取它(在发生故障时重试).在处理无锁算法时要小心,因为它们往往很难做到正确.如果你做对了,它可以大大减少获取块的延迟.

请注意,在不知道块选择算法的样子的情况下,很难提出更细粒度的方法.我还假设你确实遇到了性能问题(它已被分析并且一切都有).

虽然我对它,你的螺旋锁实现是有缺陷的.你永远不应该直接在CAS上旋转,因为你是在发送内存障碍.任何严重的争用(与thundering-herd problem相关)都会非常缓慢.最低限度是首先在CAS之前检查变量的可用性(如果没有屏障读取,则会很简单).更好的方法是不要让所有的线程都在相同的值上旋转.这应该避免关联的缓存行在您的核心之间进行乒乓.

请注意,我不知道Java中的原子操作与哪种类型的内存屏障相关联,因此我的上述建议可能不是最佳或正确的.

最后,The Art Of Multiprocessor Programming是一本有趣的书,可以让我更好地了解我在这个答案中喷出的所有非感觉.

(编辑:李大同)

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