在Java里如何减少锁竞争的等待时间_Java并发优化解析

ReentrantLock 可替代 synchronized 实现细粒度锁控制，支持超时、中断和尝试获取；分段锁、无锁原子类（如 LongAdder）、延迟初始化与 Copy-On-Write 等策略可减少竞争。

用 ReentrantLock 替代 synchronized 做细粒度控制

synchronized 是隐式锁，作用范围固定（方法或代码块），且无法中断、无法超时、无法尝试获取。当多个线程频繁争抢同一把锁时，等待队列会堆积，响应变慢。

改用 ReentrantLock 可以显式控制加锁行为，比如用 tryLock(long, TimeUnit) 设置最大等待时间，避免无限阻塞；用 lockInterruptibly() 支持线程中断，防止死等。

• 只在真正共享写操作的临界区加锁，读多写少场景优先考虑 StampedLock 或 ReadWriteLock
• 避免在锁内做 I/O、远程调用、长循环等耗时操作
• 锁对象尽量私有、不可变，别用 this 或公共类对象（如 String.class）作锁，否则易被外部误锁

把大锁拆成多个小锁：分段锁与对象锁分离

典型例子是 ConcurrentHashMap 的分段机制——它不锁整个 map，而是按 hash 槽位划分成 16（或更多）个 Segment（Java 8+ 改为 Node 数组 + CAS + synchronized 单桶），让不同 key 的写操作大概率落在不同桶里，互不干扰。

你自己设计缓存或计数器时也可以模仿：比如用 Map 替代一个全局 AtomicLong，再按业务 ID 取模路由到不同原子变量上。

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• 锁粒度不是越小越好，要考虑内存开销和哈希冲突概率
• 避免“锁倾斜”：某些分段被高频访问（如 id % 16 == 0 的桶），导致实际仍串行化
• 若用数组分段，建议长度取 2 的幂，方便用位运算替代取模提升性能

用无锁结构替代锁：Atomic 类与 VarHandle

对单个变量的简单读-改-写（如计数、状态标记），优先用 AtomicInteger、AtomicBoolean 等。它们底层基于 CPU 的 CAS 指令，没有线程挂起/唤醒开销，吞吐更高。

Java 9+ 推荐用 VarHandle 替代 Unsafe，它提供更安全、标准化的原子访问能力，支持 compareAndSet、getAndAdd 等操作，且能跨 JVM 实现保持语义一致。

• AtomicInteger 的 incrementAndGet() 在高竞争下可能自旋多次，不如直接用 LongAdder（分段累加，最终合并）
• 不要滥用 AtomicReference 包裹复杂对象——CAS 失败重试成本高，且对象内部状态变更仍需额外同步
• VarHandle 需通过 MethodHandles.privateLookupIn 获取，注意模块可见性限制（尤其 Java 17+ 强模块化后）

减少锁持有时间：延迟初始化 + 不可变对象 + Copy-On-Write

锁竞争的本质是「同时想改同一份数据」。如果能把「改」的动作推迟、隔离或消除，自然就消除了锁需求。

例如：CopyOnWriteArrayList 适用于读远多于写的场景，每次写都复制新数组，读完全无锁；又如用 final 字段 + 构造器一次性初始化对象，后续只读不改，彻底规避同步。

• Double-Checked Locking 写法必须给字段加 volatile，否则可能因指令重排序导致其他线程看到未构造完成的对象
• CopyOnWrite 结构写操作内存开销大，不适合频繁修改或大数据量
• 考虑用 ImmutableList（Guava）或 List.copyOf()（Java 10+）代替手动拷贝，语义更清晰且有运行时保护