Java 锁优化

Java 锁优化

文章目录

• 锁优化
• • 自适应自旋锁
  • 锁消除
  • 锁粗化
  • 偏向锁
  • 轻量级锁
  • 重量级锁

为了能够在线程之间更高效地共享数据及解决竞争问题，从而提高程序的运行效率，JVM 提供了锁优化

锁优化

锁优化有以下几种：
自旋锁和自适应自旋，锁消除，锁粗化, 轻量级锁，偏向锁

自适应自旋锁

自旋： 如果使用阻塞线程，那么就需要挂起线程和恢复线程，如果贡献数据的锁定只持续很短的一段时间，那么为了这点时间而去挂起和恢复线程并不值得。那么就可以让后面请求锁的线程"稍等一会"，但不放弃处理器，这样就是让线程执行一个 忙循环（自旋），这项技术就是自旋锁
可以参考如下代码：

ReentrantLock lock= new ReentrantLock();
while(lock.tryLock()){
}
//todo 线程的具体工作

但是自旋虽然避免了线程切换的开销，但它是要占用处理器时间的，如果锁被占用的时间特别少，那么自旋的效果就会很好，但是如果自旋时间很长，那么就会浪费处理器资源。因此，自旋等待的时间一定要有一定限度。
为了解决自旋的问题，就出现了 自适应自旋，自适应意味着自旋的时间不再是固定的，而是由具体的运行情况来确定。有了自适应自旋，随着程序运行时间的增长和性能监控信息的不断完善，虚拟机对程序锁的状况预测就会越来越精准。
可以参考如下代码：

 ReentrantLock lock= new ReentrantLock();
int count=1;
while(lock.tryLock()){
count++;
Thread.sleep(count*1000);
}
//todo 线程的具体工作

锁消除

锁消除是指在某些情况下，加锁 *** 作可以完全忽略。
对象的逃逸程度 从低到高是 不逃逸、方法逃逸、线程逃逸，如果我们判断一个锁对象，是不可能线程逃逸的，那么就可以忽略所有的同步措施而直接执行。
比如如下代码：

 public String contactString(String s1,String s2){
        StringBuffer sb =new StringBuffer();
        sb.append(s1);
        sb.append(s2);
        return sb.toString();
    }

我们知道， StringBuffer 类对 append() 方法做了同步措施，使用了 synchronized修饰，也就是将 sb对象当成了锁。
经过逃逸分析，发现，sb对象的作用域被限制在该方法内，也就是说逃逸程度是 方法逃逸，其他线程是无法访问这个对象的，所以同步也是没有意义的，便会将所有同步措施忽略，就达到了 锁消除

锁粗化

如果一系列的连续 *** 作都对同一个对象反复加锁和解锁，那么即使没有线程竞争，频繁地进行互斥同步 *** 作也会导致不必要地性能损耗。
像上面的 append() 方法就类似这种情况，当虚拟机探测到这样一串零碎的 *** 作都对同一个对象进行加锁，就会把加锁同步的范围扩展到整个 *** 作序列之外，像上面就会在 将两个append()方法放到一个同步块里执行,这样只需要加一次锁。

偏向锁

偏向锁的目的是消除数据在无竞争情况下的同步原语，也就是说消除所有和同步有关系的 *** 作（包括加锁同步）
偏向锁会偏向于第一个获得它的线程，如果接下来的过程中，该锁一直没有被其他线程获取，则持有偏向锁的线程将永远不需要再进行同步
如果要了解偏向锁的的具体原理，就需要先知道对象的内存结构：

可以看到，在对象头中有一个叫 Mark Word的区域，这个区域就是用来存放锁相关信息的地方。
当一个锁对象第一次被线程获取的时候，虚拟机就会将 Mark Word里的偏向模式设置为 1 ，表明这个锁对象处于偏向锁模式。同时使用CAS将 此时的线程ID记录到对象的 Mark Word里。记录之后，被记录的线程每次进入这个锁相关的代码块时，虚拟机都可以不进行任何 *** 作（如加锁、解锁）。
一旦出现非被记录的线程尝试获取这个锁，就会立刻退出偏向模式，后续会通过轻量级锁方式执行同步

轻量级锁

轻量级锁是相对于重量级锁使用 *** 作系统互斥量来实现的传统锁来说的。
它的设计是为了在没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量级锁使用 *** 作系统互斥量产生的性能消耗.
具体原理：
在代码即将进入同步块的时候，如果还没有其他线程获取锁对象，那么就会在当前线程的 栈帧中建立一个名为 Lock Record的空间，来存储锁对象现在的 Mark Word的拷贝，然后虚拟机将使用CAS *** 作尝试把对象的Mark Word更新为 指向 拷贝的指针。如果这个 *** 作成功，那么就代表这个线程拥有了这个对象的锁，并且将锁对象的锁状态标志位设置成轻量级 ，
如果这个更新失败了，那么就说明至少存在一条线程和当前线程竞争该对象，虚拟机首先会检查线程该对象 Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果是，那么就直接进入同步块，如果不是，那么轻量级锁就不再有效，会膨胀为 重量级锁 ,此时 Mark Word存储的就是指向 重量级锁(互斥量) 的指针，后面等待锁的线程就必须阻塞。
解锁的时候，如果当前还是轻量级，那么就直接把栈帧里的 拷贝直接替换回去就行了。如果当前是重量级就需要唤醒其他线程

如果没有线程竞争，轻量级锁就通过CAS *** 作成功地避免了使用互斥量的开销，但如果存在线程竞争，那么除了互斥量本身的开销之外，还额外发生了Cas，此时会比重量级锁慢

重量级锁

就是直接用 *** 作系统提供的 互斥量 实现线程的互斥