Jvm知识学习(九)-锁

一,线程安全
1,示例说明: 多线程网站统计访问人数 
使用锁,维护计数器的串行访问与安全性
多线程访问ArrayList
代码:

public static List<Integer> numberList =new ArrayList<Integer>();

public static class AddToList implements Runnable{

  int startnum=0;

  public AddToList(int startnumber){

  startnum=startnumber;

  }

  @Override

  public void run() {

  int count=0;

  while(count<1000000){

  numberList.add(startnum);

  startnum+=2;

  count++;

  }

  }

}

运行结果:

解释说明:出现错误,你因为列表在增加长度时,同时被另一个线程访问,最终输出的数据也表明代码存在线程安全问题。

二,对象头Mark
解释:Mark Word,对象头的标记,32位 , 描述对象的hash、锁信息,垃圾回收标记,年龄 
记录的信息:指向锁记录的指针 , 指向monitor的指针 , GC标记 , 偏向锁线程ID等。 

三,不是Java语言层面的几种锁
1,偏向锁
大部分情况是没有竞争的,所以可以通过偏向来提高性能
所谓的偏向,就是偏心,即锁会偏向于当前已经占有锁的线程
将对象头Mark的标记设置为偏向,并将线程ID写入对象头Mark
只要没有竞争,获得偏向锁的线程,在将来进入同步块,不需要做同步
当其他线程请求相同的锁时,偏向模式结束
-XX:+UseBiasedLocking
默认启用
在竞争激烈的场合,偏向锁会增加系统负担
示例:

2,轻量级锁
BasicObjectLock : 嵌入在线程栈中的对象 
普通的锁处理性能不够理想,轻量级锁是一种快速的锁定方法。
如果对象没有被锁定
将对象头的Mark指针保存到锁对象中
将对象头设置为指向锁的指针(在线程栈空间中)

如果轻量级锁失败,表示存在竞争,升级为重量级锁(常规锁)
在没有锁竞争的前提下,减少传统锁使用OS互斥量产生的性能损耗
在竞争激烈时,轻量级锁会多做很多额外操作,导致性能下降
3,自旋锁
当竞争存在时,如果线程可以很快获得锁,那么可以不在OS层挂起线程,让线程做几个空操作(自旋)
JDK1.6中-XX:+UseSpinning开启
JDK1.7中,去掉此参数,改为内置实现
如果同步块很长,自旋失败,会降低系统性能
如果同步块很短,自旋成功,节省线程挂起切换时间,提升系统性能
总结:
不是Java语言层面的锁优化方法
内置于JVM中的获取锁的优化方法和获取锁的步骤
偏向锁可用会先尝试偏向锁
轻量级锁可用会先尝试轻量级锁
以上都失败,尝试自旋锁
再失败,尝试普通锁,使用OS互斥量在操作系统层挂起

四,锁的性能方法
1,减少锁持有时间
锁在同一时间只能允许一个线程持有,其它想要占用锁的线程都得在临界区外等待锁的释放,这个等待的时间根据实际的应用及代码写法可长可短

减少了其它线程等待锁的时长,因此,也就提高了程序的性能,使锁的使用得到优化。

2,减少锁粒度
将大对象,拆成小对象,大大增加并行度,降低锁竞争
偏向锁,轻量级锁成功率提高
ConcurrentHashMap
HashMap的同步实现
Collections.synchronizedMap(Map<K,V> m)
返回SynchronizedMap对象


3,锁分离


4,锁粗化
通常情况下,为了保证多线程间的有效并发,会要求每个线程持有锁的时间尽量短,即在使用完公共资源后,应该立即释放锁。只有这样,等待在这个锁上的其他线程才能尽早的获得资源执行任务。但是,凡事都有一个度,如果对同一个锁不停的进行请求、同步和释放,其本身也会消耗系统宝贵的资源,反而不利于性能的优化
例如:


5,锁消除
在即时编译器时,如果发现不可能被共享的对象,则可以消除这些对象的锁操作
示例:

分析: 从源码中可以看出,append方法用了synchronized关键词,它是线程安全的。但我们可能仅在线程内部把StringBuffer当作局部变量使用:
代码中createStringBuffer方法中的局部对象sBuf,就只在该方法内的作用域有效,不同线程同时调用createStringBuffer()方法时,都会创建不同的sBuf对象,因此此时的append操作若是使用同步操作,就是白白浪费的系统资源。
这时我们可以通过编译器将其优化,将锁消除,前提是java必须运行在server模式(server模式会比client模式作更多的优化),同时必须开启逃逸分析:
-server -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+EliminateLocks
其中+DoEscapeAnalysis表示开启逃逸分析,+EliminateLocks表示锁消除。
逃逸分析:比如上面的代码,它要看sBuf是否可能逃出它的作用域?如果将sBuf作为方法的返回值进行返回,那么它在方法外部可能被当作一个全局对象使用,就有可能发生线程安全问题,这时就可以说sBuf这个对象发生逃逸了,
因而不应将append操作的锁消除,但我们上面的代码没有发生锁逃逸,锁消除就可以带来一定的性能提升。

6,无锁
锁是悲观的操作
无锁是乐观的操作
无锁的一种实现方式
CAS(Compare And Swap)
非阻塞的同步
CAS(V,E,N)
在应用层面判断多线程的干扰,如果有干扰,则通知线程重试
示例:


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