面试题：深入分析Java公平锁对系统性能的影响及优化策略

Question

在高并发场景下，Java的公平锁可能会对系统性能产生一定影响。请深入分析公平锁在这种场景下对性能的影响体现在哪些方面，并提出相应的优化策略，结合具体的业务场景进行说明。

Answer 1

公平锁在高并发场景下对性能的影响

1. 线程切换开销： 公平锁按照请求顺序来分配锁，这意味着在高并发时，线程获取锁的等待队列会频繁变化。当一个线程释放锁后，等待队列中的下一个线程被唤醒并获取锁，这涉及到线程上下文切换。频繁的线程上下文切换会增加CPU的开销，降低系统整体性能。例如在一个高并发的电商抢购系统中，大量线程等待获取锁以执行商品库存扣减操作，如果使用公平锁，线程频繁切换会导致系统处理能力下降。
2. 吞吐量降低： 由于公平锁严格按照顺序分配锁，即使有多个线程可以同时获取锁，也只能按顺序逐个获取。这会导致在高并发场景下，整体的吞吐量下降。比如在一个高并发的订单处理系统中，订单处理任务都在等待锁，公平锁使得这些任务按顺序执行，无法充分利用系统资源并行处理订单，导致订单处理的吞吐量无法达到最优。

优化策略

1. 使用非公平锁： 在很多业务场景下，非公平锁可以提高性能。非公平锁在锁可用时，不考虑等待队列中的顺序，直接尝试让当前请求线程获取锁。这样可以减少线程上下文切换的次数，提高系统吞吐量。例如在一个即时通讯系统中，消息发送任务对顺序要求不高，使用非公平锁可以让线程更快速地获取锁并发送消息，提高消息处理效率。
2. 锁粗化： 将多次连续的锁操作合并为一次大的锁操作。比如在一个高并发的文件读写系统中，如果每次读写操作都获取锁，会导致频繁的锁竞争。可以将多次读写操作放在一个锁块中，减少锁获取和释放的次数，提高性能。
3. 锁分离： 根据业务功能将锁进行分离。例如在一个银行转账系统中，对于不同账户的操作可以使用不同的锁。如果有多个线程分别对不同账户进行转账操作，使用锁分离可以让这些操作并行进行，避免所有线程竞争同一个锁，从而提高系统的并发处理能力。