synchronized锁优化

轻量级锁

轻量级锁应用原理:如果一个对象虽然有多线程访问,但多线程访问的时间是错开的,那么可以使用轻量级锁来优化

轻量级锁对使用者是透明的,即语法还是synchronized

创建锁记录对象,每个线程的栈帧都会包含一个锁记录结构,内部可以存储锁定对象的Mark Word

让锁记录中Object reference指向锁对象,并尝试使用cas替换Object的Mark Word,将Mark Word的值存入锁记录

如果cas替换成功,对象头中存储了锁记录地址和状态00,表示由该线程给对象加锁,这时图示如下

如果cas失败,有两种情况

  • 如果是其它线程已经持有了该Object的轻量级锁,这个时候表明有竞争,进入锁膨胀过程
  • 如果是自己执行了synchronized锁重入,那么再添加一条Lock Record作为重入计数

当退出synchronized代码块(解锁)如果有取值为null的锁记录,表示有重入,这个时候重置锁记录,表示重入计数减一

当退出synchronized代码块(解锁)锁记录的值不为null,这个时候使用cas将Mark Word的值恢复给对象头

  • 成功,则解锁成功
  • 失败,说明轻量级锁进行了锁膨胀或者已经升级为重量级锁,进入重量级锁解锁流程

锁膨胀

如果在尝试加轻量级锁的过程中,CAS操作无法成功,这个时候一种情况就是有其他线程为此对象加上了轻量级锁(有竞争),这个时候需要进行锁膨胀,将轻量级锁变为重量级锁

当Thread-1进行轻量级加锁时,Thread-0已经对该对象加了轻量级锁

这个时候Thread-1加轻量级锁失败,进入锁膨胀的流程

  • 即为Object对象申请Monitor锁,让Object指向重量级锁地址
  • 然后自己进入Monitor的EntryList BLOCKED

当Thread-0退出同步块解锁时,使用cas将Mark Word的值恢复给对象头,失败,这个时候会进入重量级解锁流程,即按照Monitor地址找到Monitor对象,设置Owner为null,唤醒EntryList中BLOCKED线程

自旋优化

重量级锁竞争的时候,还可以使用自旋来进行优化,如果当前线程自旋成功(即这个时候持锁线程已经退出了同步块,释放了锁),这个时候当前线程就可以避免阻塞

自旋重试成功的情况

自旋重试失败的情况

在Java 6之后自旋锁是自使用的,比如对象刚刚的一次自旋操作成功过,那么认为这次自旋成功的可能性会高,就会多自旋几次,反之,就少自旋甚至不自旋,总之,比较智能

自旋锁会占用CPU时间,单核CPU自旋就是浪费,多核CPU自旋才能发挥优势

Java 7之后不能控制是否开启自旋功能 

偏向锁

轻量级锁在没有竞争的时候(就自己这个线程),每次重入仍然需要执行CAS操作

Java 6中引入了偏向锁来做进一步的优化,只有第一次使用CAS将线程ID设置到对象的Mark Word头中,之后发现这个线程ID是自己的就表示没有竞争,不用重新CAS,以后只要不发生竞争,这个对象就归该线程所有

偏向锁撤销方式:

  • 调用对象的hashcode
  • 其他线程使用对象,会将偏向锁升级为轻量级锁

批量重偏向

如果对象虽然被多个线程访问,但是没有竞争,这个时候偏向了线程T1的对象仍然有机会重新偏向T2,重偏向会重置对象的Thread-ID

当撤销偏向锁阈值超过20次后,JVM会怀疑自己偏向出错,这个时候会在给这些对象加锁的时候重新偏向至加锁线程

批量撤销

当撤销偏向锁阈值超过40次后,jvm会认为自己偏向错了,于是整个类所有对象都会变为不可偏向的,新建的对象也是不可偏向的。

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