Race Condition引起的性能问题

Race Condition（也叫做资源竞争），是多线程编程中比较头疼的问题。特别是Java多线程模型当中，经常会因为多个线程同时访问相同的共享数据，而造成数据的不一致性。为了解决这个问题，通常来说需要加上同步标志“synchronized”，来保证数据的串行访问。但是“synchronized”是个性能杀手，过多的使用会导致性能下降，特别是扩展性下降，使得你的系统不能使用多个CPU资源。  这是我们在性能测试中经常遇见的问题。

可是上个星期我却遇见了相反的情况：因为缺少同步标志也同样会使性能受影响。

那是一个ERP系统，运行在我们的T2000服务器（8核32线程）上。当500个并发用户的时候居然把所有的CPU都压得满满的（90%以上的忙碌）。这是很少有的现象，在我测试的所有项目中很少有扩展性这么好的系统能把T2000的32个线程都占满的。我狠狠的夸了他们的应用。话音没落，却发现测试结果很差，平均响应时间很长。不可能呀，所有的CPU都在干活，而且都在用户态（如果在系统态干太多的活就有问题了），结果怎么还会差呢。CPU都在干嘛呢？

通过工具发现（Dtrace for Java），我们发现很多的CPU都在做一件事情，那就是不停的执行一条Java语句（HashMap.get()）。象是进入了死循环。我们进行了进一步试验，让并发用户数量为1，不停的运行10分钟，结果没有发现这种情况；接着我们让50个并发用户同时运行，但是只运行在一个CPU上（通过psrset），结果也没有出现死循环状态。只要并发用户数量超过10个，运行的CPU超过两个，不到2分钟就出现死循环。一旦死循环出现，大量CPU资源被白白浪费，性能自然很差。

通过上面的试验我们可以很肯定的判断，是由于并发控制不好，导致数据的不一致，引起的死循环。值得一提的是，HashMap不是一个线程安全的数据结构，要用到多个线程中去，需要自己加上同步标志，为什么会死循环呢，看看下面HashMap中get函数的源代码：

public V get(Object key) {
 if (key == null)
     return getForNullKey();
        int hash = hash(key.hashCode());
        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
             e != null;
             e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
                return e.value;
        }
        return null;
    }

get函数会根据key的hashcode来锁定多个对象，并且遍历这些对象来找到key所对应的对象。当多个线程不安全的修改HanshMap数据结构的时候，有可能使得这个函数进入死循环。

我们建议客户使用ConcurrentHashMap或在使用HanshMap的时候加上同步标志，问题得到解决！

public class CollectionModifyExceptionTest {

public static void main(String[] args) {

Collection users = new ArrayList();

users.add(new User("张三", 28));

users.add(new User("李四", 25));

users.add(new User("王五", 31));

Iterator itrUsers = users.iterator();//当得到迭代器的时候，这时modelCount等于3

while (itrUsers.hasNext()) {

System.out.println("aaaa");

User user = (User) itrUsers.next();//当循环回来检查时modelCount与预期的值不符合，抛异常

if ("张三".equals(user.getName())) {

users.remove(user);//执行了这次remove操作之后，此时modelCount等于4

// itrUsers.remove();//调用迭代器的remove方法时没有问题的，不会抛异常，正常执行

} else {

System.out.println(user);

}

}

}

}

public class User implements Cloneable {

private String name;

private int age;

public User(String name, int age) {

this.name = name;

this.age = age;

}

public boolean equals(Object obj) {

if (this == obj) {

return true;

}

if (!(obj instanceof User)) {

return false;

}

User user = (User) obj;

// if(this.name==user.name && this.age==user.age)

if (this.name.equals(user.name) && this.age == user.age) {

return true;

} else {

return false;

}

}

public int hashCode() {

return name.hashCode() + age;

}

public String toString() {

return "{name:'" + name + "',age:" + age + "}";

}

public Object clone() {

Object object = null;

try {

object = super.clone();

} catch (CloneNotSupportedException e) {

}

return object;

}

public void setAge(int age) {

this.age = age;

}

public String getName() {

return name;

}

}

public class CollectionModifyExceptionTest {

public static void main(String[] args) {

Collection users = new CopyOnWriteArrayList();

// new ArrayList();

users.add(new User("张三", 28));

users.add(new User("李四", 25));

users.add(new User("王五", 31));

Iterator itrUsers = users.iterator();//当得到迭代器的时候，这时modelCount等于3

while (itrUsers.hasNext()) {

System.out.println("aaaa");

User user = (User) itrUsers.next();//当循环回来检查时modelCount与预期的值不符合，抛异常

if ("张三".equals(user.getName())) {

users.remove(user);//执行了这次remove操作之后，此时modelCount等于4

// itrUsers.remove();//这里就不能调用迭代器的remove方法了，否则会抛出异常

} else {

System.out.println(user);

}

}

}

}