深入理解JVM虚拟机-锁优化

JVM中使用到的锁优化技术主要包括:

自旋锁和适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、轻量级锁、偏向锁

1.自旋锁和自适应锁:当一个线程执行耗时小的一小段同步代码,另一个线程可以不放弃处理器的执行时间,等待看看持有锁的线程是否很快就会释放锁,为了使线程等待,可以让线程执行忙循环(自旋),自适应自旋是指自旋的时间不在确定了,而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态决定,以及总共在该锁自旋成功的次数等因素智能化决定

2.锁消除:例如如下代码,即时编译后会消除所有同步

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

3.锁粗化:例如如下代码,就可以将两段合为一段

synchronized(f){
    ......
}
i=0;
synchronized(f){
    ......
}

4.轻量级锁:首先要明白对象头由两部分组成,一部分用于存对象的hash码、GC代,另一部分用于存储指向方法区对象类型数据的指针,如果是数组还会有额外的部分用于存储数组长度,HotSpot对象头Mark Word中标志位01代表未加锁、00代表轻量级锁,10代表重量级锁,第一个线程进入该同步块,会将对象头复制到栈中Lock Record,并使用CAS尝试将对象的Mark Word更新为指向Lock Record的指针,并将Mark Word的锁标志位改为00,表明此对象处于轻量级锁定状态,如果这个CAS更新过失败,虚拟机会首先检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧,如果当前线程已经拥有了锁就可以执行,如果不是说明两个线程共同争抢一个锁,锁就会膨胀为重量级锁10,后面等待锁的线程就要进入阻塞状态,私以为这些线程执行完毕,对象头恢复10将会重新进行一轮轻量级锁,虽然课本上指明重量级锁不能恢复为轻量级锁,但是私以为是分阶段的,否则,大部分是单线程执行的同步块,因为偶尔一次冲突就变成重量级锁优化度智能性不高,当线程执行完要解锁轻量级锁时,同样使用CAS进行,如果对象的Mark Word仍指向着线程的锁记录,那就用CAS操作把对象当前的Mark Word和线程中复制的Displaced Mark Word换回来,如果替换成功,同步完成,如果失败,说明其他线程尝试着获取该锁,那么原来线程在释放锁的同时唤醒被挂起的线程,如果存在锁竞争,除了互斥量的开销还有CAS的开销,轻量级锁会比重量级锁更慢。

5.偏向锁:一个线程第一次进入同步块时,设置对该线程偏向,同时使用CAS把获取到这个锁的线程的ID记录在对象的Mark Word中,如果成功,持有偏向锁的线程在下一次进入该锁相关的同步块时(当下一次该线程进入该对象锁同时中间没有其他线程扰乱),虚拟机都可以不进行任何同步操作(locking、unlocking等),另外一个线程访问时,撤销偏向(对象未锁定)恢复到未锁定或者轻量级锁定(对象已锁定)的状态,接下来和轻量级锁一样。

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