避免死锁、提高吞吐量——高并发场景下如何优化加锁方式？

想要顺利通过面试官的考验，首先你必须熟悉并发访问和死锁的概念，只有掌握了死锁产生的条件和原理，才能更好地去优化加锁方式。

并发访问是指多个请求同时访问共享资源的情景，这种访问容易引发一系列的问题，其中最典型也最麻烦的便是“死锁”。死锁是指系统中两个或多个线程无限期地等待彼此释放资源而导致僵局的情形。

死锁的产生有四个必要条件：

1. 互斥条件：一个资源只能由一个线程独占。
2. 请求与保持条件：一个线程在申请资源时，若无法立刻申请到，则会一直持有已有的资源，并等待所需的资源被释放。
3. 不可剥夺条件：一个线程申请到的资源不能被其他线程剥夺，只能主动释放。
4. 循环等待条件：一组线程相互等待其他线程释放资源，从而形成等待闭环。

死锁一旦发生，很可能导致整个系统崩溃，因此我们要想方设法去预防和解决。其中一个有效的方法便是优化加锁方式，这可以从以下三个方面入手：

1. 避免死锁的发生：

   • 一次性申请所有资源： 在进入临界区之前，一次性申请所有需要的资源，避免出现循环等待的情况。
   • 采用“按需申请”的方式： 即只申请当前需要的资源，释放不用的资源，以此减少死锁发生的概率。
   • 使用死锁检测和恢复机制： 定期检查系统中是否存在死锁，并采取措施恢复系统，确保系统的正常运行。

2. 提高吞吐量：

   • 优化锁的粒度： 锁的粒度越小，锁定的资源就越少，从而减少锁冲突的发生，提高吞吐量。
   • 使用读写锁： 读写锁可以同时支持多个线程并发读操作，从而提高系统的吞吐量。
   • 使用非阻塞锁： 非阻塞锁可以避免线程在等待锁时一直阻塞，从而提高系统的吞吐量。

3. 减少锁的使用：

   • 使用无锁数据结构： 无锁数据结构可以避免锁的使用，从而提高系统的吞吐量。
   • 使用缓存： 缓存可以减少对共享资源的访问，从而减少锁的使用。
   • 使用异步编程： 异步编程可以避免线程在等待 I/O 操作时一直阻塞，从而提高系统的吞吐量。

除了上述方法之外，我们还可以通过以下措施进一步优化加锁方式：

• 使用锁池： 锁池是一种管理锁的机制，可以减少锁的创建和销毁的开销，从而提高系统的性能。
• 使用自旋锁： 自旋锁是一种轻量级的锁，当一个线程无法获取锁时，会自旋等待，而不是阻塞，从而提高系统的性能。
• 使用公平锁： 公平锁可以确保所有线程都有机会获取锁，从而避免某些线程长时间霸占锁的情况，提高系统的性能。

总而言之，优化加锁方式是一个综合性的工作，需要我们根据具体的情况选择合适的方法。只有这样，才能在保证系统安全的前提下，提高系统的吞吐量。