java 锁优化_Java中锁优化

锁优化

锁优化技术

自旋锁和自适应自旋

锁消除

锁粗化

偏向锁

轻量级锁

自旋锁和自适应自旋

当一个线程获取锁失败时，不是直接放弃处理器时间，而是执行一定次数自旋。若自旋期间释放锁，则直接获取锁，否则再挂起线程。

问题：自旋的时间过长，浪费处理器资源。自旋时间过短，可能无法获得锁。

自适应自旋

自旋的次数由同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者状态决定。

若同一个锁对象上，自旋等待刚刚获取锁，则延长自旋的次数。

若自旋很少获取到锁，则可能省略自旋阶段。

锁消除

通过逃逸分析发现某些使用同步的代码段，对不存在竞争的共享数据进行加锁，可以将这种锁消除。

若一段代码中，堆中的所有数据都不会逃逸出被其他线程访问，则将其当作栈上数据，不进行加锁。

示例：

public void method(){

StringBuilder builder = new StringBuilder();

String s = builder.toString();

}

锁粗化

一般情况下，尽量减少同步块的作用范围，从而减少锁竞争。

但是对于一系列操作对于同一个对象进行加锁，解锁。即使没有线程竞争，频繁的加锁和释放锁会导致不必要的性能消耗。

锁粗化：消除对同一个对象的连续的加锁和释放锁，将锁的同步范围扩大到整个加锁和解锁范围，即只需要一次加锁和一次解锁。

轻量级锁

目的：在没有多线程竞争的情况下，减少重量级锁使用系统互斥量造成的性能消耗。

对象头组成

对象自身的运行时数据：(Mark Word)

哈希码

GC年龄

锁标志位

偏向状态

指向方法区对象类型的指针

锁状态：

未锁定

轻量级锁

重量级锁

GC标记

可偏向

流程：

加锁：

若对象没有被锁定，则先在当前线程的栈帧中创建锁记录(存储对象的Mark Word的拷贝)。

使用CAS将对象的Mark Word更新为指向调用栈中的锁记录的指针。

若更新成功，该线程持有该对象的锁，更新对象的锁标志位为轻量级锁。

若更新失败，则先检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧。若是，则当前线程已持有锁，则继续执行。否则存在线程竞争，将锁膨胀为重量级锁。Mark Word存储的是指向重量级锁的指针(互斥量)，后续操作必须进入阻塞状态。

解锁：

通过CAS将对象的当前的Mark Word替换为线程栈中的备份的锁记录。

若替换成功，则顺利结束。

若替换失败，则由其他线程尝试获取锁，则释放锁的同时，唤醒被挂起的线程。

适用于：

没有竞争的情况，可以避免使用互斥量。但是若存在锁竞争，则除了互斥量的开销，还有CAS操作的开销。

偏向锁

偏向锁是在无锁情况下将所有同步都消除。

这个锁会偏向于第一个获取的线程。

流程：

加锁：

锁对象第一次被线程获取时，将对象头中锁状态设置为偏向锁，偏向模式设置为1，表示进入偏向状态。

使用CAS将线程ID记录到对象的Mark Work中。

如果操作成功，则持有偏向锁的线程每次进入同步代码块中时不需要任何同步操作。

若另外一个线程尝试获取锁，则根据当前锁定状态改变锁状态：

若对象未锁定：将对象的锁状态设置为未锁定，不可偏向状态。

若对象已锁定：将对象的锁状态设置为轻量级锁状态。

注：

一旦计算过哈希值或者从偏向状态转向其他状态，则无法再转向偏向状态。

对象头(Mark Word)

锁状态

内容

锁标志位

未锁定

对象哈希码，GC年龄

轻量级锁

指向调用栈中的锁记录的指针

重量级锁

指向重量级锁的指针

GC标记

空

可偏向

线程ID，GC年龄

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