Java锁优化

自旋锁与自适应自旋

在Java程序中锁的持有一般只会持续很短的时间,挂起和恢复线程都会产生性能损耗,让线程执行一个忙循环(自旋)去等一会锁,性能上可能会有更好的效果。
自适应自旋是等一会的时间不固定了,由系统根据上一次锁等待时间和锁拥有者状态来自适应的决定,这样系统更加智能,效率也就更高了。
显然,自旋技术适用于那些锁的持有时间一般很短的情况下,否则处理器时间就会白白浪费掉,反而对性能是一种消耗。

锁消除

虚拟机检测到已经加锁要求同步的数据不可能存在竞争和共享,对锁进行消除。

锁粗化

虚拟机检测到一连串操作都对同一个对象进行加锁,会把锁的范围扩大到包含整个这一串操作上。这样做的目的是为了防止频繁加锁和解锁带来的性能损耗。

轻量级锁

  • 设计初衷是在没有多线程竞争的环境下,减少重量级锁使用带来的性能消耗。
  • 轻量级锁提升性能的依据是,绝大多数的锁在数据同步周期内都不存在竞争关系。
  • 轻量级锁利用CAS操作,把锁对象的Mark Word更新为指向当前线程栈帧中锁记录的指针。如果更新成功,则成功拥有锁。否则,如果当前对象Mark Word已经指向当前线程栈帧中锁记录,则证明是本线程持有锁,直接进入即可。
  • 如果CAS更新不成功,且当前对象Mark Word没有指向当前线程栈帧中锁记录,说明这个锁已经被其他线程占用了。多线程抢占时,轻量级锁不再有效,升级为重量级锁。这就是所谓的锁的升级。
  • 解锁时,同样用CAS操作,把Mark Word替换回来,如果成功解锁完成,否则说明有其他线程尝试获得锁,释放的同时唤醒其他线程。
  • 当程序中大量出现线程竞争的情况,轻量级锁除了升级后的重量级锁开销外,还要有CAS操作的开销,性能就会比传统的重量级锁差。

偏向锁

  • 偏向锁只偏向一条线程,就是占有它的线程。
  • 偏向锁目的是消除在无竞争情况下的同步。
  • 获取偏向锁的线程的ID被复制到锁对象的Mark Word上,之后该线程每次执行这个锁的同步块时,虚拟机都不再做任何操作。
  • 直到出现其他线程竞争这个锁时,偏向模式结束。如果锁处于锁定状态,升级为轻量级锁;未锁定则恢复未锁定状态。
  • 对象的Mark Word本来记录的是对象的哈希码,偏向锁需要复制线程ID到Mark Word上。因此,如果对象计算过哈希码,它就再也无法进入偏向锁状态了;如果处于偏向锁状态的对象,被要求计算哈希码,那么偏向状态被撤销,锁会膨胀为重量级锁。
  • 如果系统中的锁总是被多线程竞争,则偏向锁不会带来性能提升。
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