Java中各种同步机制的性能测试

文章目录

1. 1. 测试原理
2. 2. 使用方式
3. 3. 测试结果
4. 4. 结论
5. 5. 建议
6. 6. 参考

Java提供了多种同步机制，比如AtomicLong、LongAdder、ReentrantLock等，但是他们的性能到底如何？网上也有一些性能测试文章，但是要么同步机制不全，要么场景不全，因此笔者设计了一个性能测试框架，支持多场景、多种同步机制的性能测试，代码请参见locksbenchmark，后续有时间了再通过JMH进行对比测试。

测试原理

既然是同步测试，当然要使用多线程才行，而且最好覆盖多种场景，总结起来本次测试有以下几个关键点：

• 可以指定读、写线程数，来模拟读多写少、读少写多，读写等比等场景。
• 通过CyclicBarrier保证，所有线程开始工作那一刻才启动计时。通过CountDownLatch保证，只要有一个线程达成目标，就结束计时，保证计时尽量准确。
• 每种同步机制，经过多轮测试，结果去掉最小值、最大值然后取平均值，避免JVM未预热出现奇异值。
• 同步代码块中的代码非常简单，就是累加long型数值到一个目标值。如果需要测试新的同步机制，只需要扩展Counter类即可，具体实现可以参照类Raw。

使用方式

代码托管在github，使用maven工具构建，具体命令如下：

$ git clone git@github.com:chenpy228/locksbenchmark.git
$ cd locksbenchmark
$ mvn clean package
$ java -jar target/locksbenchmark-1.0.jar -h    # add -h to show help info
$ java -jar target/locksbenchmark-1.0.jar       # begin to test by using default parameter

测试结果

测试环境是Ubuntu 14.04.5 LTS，内核版本是4.4.0-101-generic，CPU是2核，JVM信息如下：

$ java -version
java version "1.8.0_151"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_151-b12)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.151-b12, mixed mode)

最终的测试结果如下，为了方便对比，Raw为没有使用任何同步机制的测试结果：

由于部分同步机制的运行时间相差太大，所以对坐标轴进行了对数化（log10）处理，绘制图表如下（越短越好）：

去掉公平锁和读写锁后绘图如下（越短越好）：

结论

• 公平锁ReentrantLock(true)，即上图中的FairReentrantLock，在所有场景下的表现都比较差，所以在实际应用中很少看到它的身影。如果必须要用，一定要经过谨慎测试。
• 读写锁ReentrantReadWriteLock，即上图中的RWLock，在读多写少的场景下表现的比较差，这跟我们的直觉可能不符，所以在java8中又引入了升级版的读写锁StampedLock。当然在写多读少的情况下，表现比较好，基本跟StampedLock持平。
• 在所有场景下，AtomicLong、LongAdder和非公平锁ReentrantLock(false)的表现相差不大，而且AtomicLong略有优势。按照文档的说法，只有竞争非常激烈的时候，LongAdder才更有优势，读写比20:20估计还不是竞争激烈的时候，针对这两个类补充测试了读写比为200:200场景，结果显示LongAdder更胜一筹。目前来看，用AtomicLong可以满足需求，而且个人认为AtomicLong的接口更丰富。
• 再来看看StampedLock，在读多写少的场景下，它的乐观锁（即上图中的OptimisticStampedLock）确实更胜一筹，其他场景下悲观锁略好一些。
• 最后看synchronized，整体跟StampedLock表现差不多。
• 基本上，AtomicLong和LongAdder属于第一梯队，synchronized、StampedLock和非公平锁ReentrantLock(false)属于第二梯队，ReentrantReadWriteLock和公平锁ReentrantLock(true)属于第三梯队。

建议

如果被保护的是基本数据类型，在大多数场景下，建议使用Atomic*系列锁，如果竞争非常激烈可以使用LongAdder。如果被保护的是复杂的数据结构，在读多写少的场景下，可以用StampedLock的乐观锁，在读少写多的场景下，可以用StampedLock的悲观锁，其他场景直接用ReentrantLock的非公平锁即可。

参考

• 测试源码