锁优化

  这里的锁优化指的是JVM对synchronized锁的优化

自旋锁

  互斥同步进入阻塞状态的开销都很大,应尽量避免。在许多的应用中,共享数据的锁定状态只会持续很短的一段时间。自旋锁的思想是让一个线程在请求一个共享数据的锁时执行忙循环(自旋)一段时间,如果在这段时间内能获得锁,就可以避免进入阻塞状态

  自旋锁虽然能避免进入阻塞状态从而减小时间开销,但是它需要进行忙循环操作占用了cpu的时间,它只适用于共享数据的锁定状态很短的场景。在jdk1.6中引入了自适应的自旋锁自适应意味着自旋的次数不再固定,而是由上一次在同一个锁上的自旋次数和锁的拥有者的状态决定

锁消除

  锁消除是指对于被检测出不可能存在竞争的共享数据的锁进行清除

​ 锁消除主要是通过逃逸分析来支持,如果堆上的共享数据不可能逃逸出去被其他的线程访问到,那么就可以把他们当做私有数据,也就可以对他们的锁进行清除。

  很多看起来没有加锁的代码,其实隐式的加了很多锁。

public static String concatString(String s1,String s2,String s3){
    return s1+s2+s3;
}

  String 是一个不可变类,编译器会对String的拼接自动优化。

public static String concatString(String s1,String s2,String s3){
    StringBuffer sb=new Stringbuffer();
    sb.append(s1);
    sb.append(s2);
    sb.append(s3);
    return sb.toString();
}

  每个append()方法中都有一个同步块,虚拟机观察变量sb,很快就会发现它的动态作用域被限制在concatString()方法内部。所以sb的引用不会逃逸到concatString()方法之外,其他的线程无法访问到它,因此可以消除。

锁粗化

  如果一系列的操作都对同一个对象反复的加锁和解锁,那么虚拟机将会把加锁的范围扩展(粗化)到整个操作序列的外部,这样只需要加一次锁就可以。

轻量级锁

  jdk 1.6引入了偏向锁轻量级锁,从而让锁拥有的四个状态:无锁状态(unlocked),偏向锁状态(biased),轻量级锁状态(lightweight locked),重量级锁状态(inflated)

  以下是虚拟机对象头的内存布局,这些数据被称为Mark Word。其中tag bits代表了五个状态

  下图左侧是一个线程的虚拟机栈,其中有一部分称为Lock Record的区域,这是在轻量级锁运行的过程中创建的,用于存放锁对象的Mark Word。而右侧就是一个锁对象,包含了Mark Word和其他的信息。

  轻量级锁是相对于传统的重量级锁而言,它使用CAS操作来避免重量级锁使用互斥量的开销,对绝大部分的锁,在整个同步期内都是不存在竞争的,因此也就不需要都使用互斥量进行同步,可以先采用CAS操作进行同步,如果CAS失败了,在采用互斥量进行同步

  当尝试获取一个锁对象时,如果锁对象标记为001,说明锁对象的锁未锁定,此时虚拟机在当前线程的虚拟机栈中创建 Lock Record,然后使用 CAS 操作将对象的 Mark Word 更新为 Lock Record 指针。如果 CAS 操作成功了,那么线程就获取了该对象上的锁,并且对象的 Mark Word 的锁标记变为 00,表示该对象处于轻量级锁状态。

​ 如果 CAS 操作失败了,虚拟机首先会检查对象的 Mark Word
是否指向当前线程的虚拟机栈,如果是的话说明当前线程已经拥有了这个锁对象,那就可以直接进入同步块继续执行,否则说明这个锁对象已经被其他线程线程抢占了。如果有两条以上的线程争用同一个锁,那轻量级锁就不再有效,要膨胀为重量级锁

偏向锁

  偏向锁的思想是偏向于让第一个获取锁对象的线程,这个线程在之后获取该锁就不再需要进行同步操作,甚至连 CAS 操作也不再需要

​ 当锁对象第一次被线程获得的时候,进入偏向状态,标记为 1 01。同时使用 CAS 操作将线程 ID 记录到 Mark Word 中,如果 CAS 操作成功,这个线程以后每次进入这个锁相关的同步块就不需要再进行任何同步操作。

​ 当有另外一个线程去尝试获取这个锁对象时,偏向状态就宣告结束,此时撤销偏向(Revoke Bias)后恢复到未锁定状态或者轻量级锁状态。

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