10. 锁优化

情到浓时终转凉″ 提交于 2020-01-11 07:31:25

1.  自旋锁与适应性自旋锁

       若物理机器上有一个以上的处理器,能让两个或两个以上的线程同时执行,我们可以让后面的请求锁的那个线程“稍等一下”,但是不放弃处理器的执行时间,看看持有锁的线程是否会很快就释放锁。为了让线程等待,我们只需让线程执行忙循环(自旋),这项技术称为自旋锁。

      自旋锁在 JDK1.4.2 引入,但默认是关闭的。在 JDK1.6 中默认开启。优点是,避免了互斥同步挂起和恢复线程带来的巨大消耗。缺点是,若锁被占用的时间很长,自旋的线程恢白白消耗处理器资源,会带来性能上的浪费。为解决此问题,规定自旋等待的时间是有一定限度的,默认为10次,超过这个限制就会挂起线程。

       JDK1.6 中引入了自适应的自旋锁。它的自旋时间不再固定,是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者决定的。

2.  锁消除

       锁消除是指虚拟机即时编译器在运行时,对一些代码上同步要求,但是检测到不可能存在共享数据竞争的所进行消除。

3.  锁粗化

       若虚拟机检测到有一连串的零碎操作都对同一个对象加锁,将会把加锁同步的范围扩展(粗化)到整个操作序列的外部。

4.  轻量级锁

      它是在 JDK1.6  之中加入的。它的本意是在没有多线程竞争的前提下,较少传统的重量级锁使用系统互斥量产生的性能消耗。它的加锁和解锁都是通过CAS操作来完成的。在没有竞争的情况下,轻量级锁使用CAS操作来避免使用互斥量带来的开销,但若存在锁竞争,除了互斥量开销外,还会额外发生CAS操作,因此在有竞争的情况下,轻量级锁会比传统的重量级锁更慢。

       轻量级锁的加锁过程:它的加锁依赖于 HotSpot 虚拟机的对象头。HotSpot 虚拟机的对象头分为两部分信息:一部分用于存储对象自身的运行时数据(哈希码、GC分代年龄等),官方称它为“Mark Word”。它是实现轻量级锁和偏向锁的关键。另一部分用于存储指向方法区对象类型数据的指针。

            

                                                                     HotSpot虚拟机对象头 Mark Word

       在代码进入同步块时,若此同步对象没有被锁定(锁标志为"01"状态),虚拟机首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录的空间,用于存储对象目前的 Mark Word 的拷贝。然后,虚拟机将使用对象的Mark Word 更新为指向锁记录的指针。若这个更新动作成功了,那么这个线程就拥有了该对象的锁,并且对象Mark Word 的锁标志位将变为“00”,即表示此对象处于轻量级锁定状态。若更新失败,虚拟机首先会检查对象的 Mark Word 是否指向当前线程的栈帧,如果只说明当前线程已经拥有了这个对象的锁,那就可以直接进入同步块继续执行,否则说明这个对象已经被其他线程抢占了。若有两条以上的线程争用同一个锁,那轻量级锁就不在有效要膨胀为重量级锁,锁标志位变为"10",Mark Word 中存储的就是指向重量级锁的指针,后面的等待锁线程也要进入阻塞状态。

5.  偏向锁 

       它也是 JDK1.6  中引入的,它的目的是消除数据在无竞争情况下的同步原语。轻量级锁是在无竞争的情况下使用CAS操作消除同步使用的互斥量,而偏向锁则是把整个同步都消除掉,连 CAS 都不做。这个锁会偏向于第一个获取它的线程,如果在接下来的执行过程中,该锁没有被其他线程获取,则持有偏向锁的线程将永远不需要进行同步。

        它的加锁过程为:当一个锁对象第一次被线程获取时,虚拟机将会把对象头中的标志位设为“01”,即偏向模式。同时使用CAS 操作把获取到这个锁的线程 ID 记录在对象的 Mark Word 中。若 CAS 操作完成,持有偏向锁的线程以后每次进入这个锁相关的同步块时,虚拟机都可以不再进行任何同步操作。当有一个线程尝试去获取这个锁时,偏向模式将宣告结束。根据锁对象目前是否处于被锁定状态,撤销偏向后恢复为锁定(标志位为"01")或轻量级锁定(标志位为"00")的状态。

        它可以提高带有同步但是无竞争的程序性能。若大多数的锁总是被多个不同的线程访问,那偏向模式就是多余的。

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