jdk1.8对synchronized锁的优化
synchronized 鎖的優化:鎖的四種狀態-無鎖,偏向鎖、輕量級鎖,重量級鎖
1、偏向鎖:原因是大多數時候是不存在鎖競爭的,常常是一個線程多次獲得同一個鎖,因此如果每次都要競爭鎖會增大很多沒有必要付出的代價,為了降低獲取鎖的代價,才引入的偏向鎖
偏向鎖的升級:當線程1訪問代碼塊并獲取鎖對象時,會在java對象頭和棧幀中記錄偏向的鎖的threadID,因為偏向鎖不會主動釋放鎖,以后線程1再次獲取鎖時比較當前線程的threadID和Java對象頭中的threadID是否一致,如果一致(還是線程1獲取鎖對象),則無需使用CAS來加鎖、解鎖;如果不一致(如線程2要競爭鎖對象,而偏向鎖不會主動釋放因此還是存儲的線程1的threadID),那么查看Java對象頭中記錄線程1是否存活,如果沒有存活,那么鎖對象被重置為無鎖狀態,其它線程(線程2)可以競爭將其設置為偏向鎖;如果存活,那么立刻查找該線程(線程1)的棧幀信息,如果還是需要繼續持有這個鎖對象,那么暫停當前線程1,撤銷偏向鎖,升級為輕量級鎖,如果線程1 不再使用該鎖對象,那么將鎖對象狀態設為無鎖狀態,重新偏向新的線程。
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2、輕量級鎖:考慮的是競爭鎖對象的線程不多,而且線程持有鎖的時間也不長的情景。因為阻塞線程需要CPU從用戶態轉到內核態,代價較大,如果剛剛阻塞不久這個鎖就被釋放了,那這個代價就有點得不償失了,因此這個時候就干脆不阻塞這個線程,讓它自旋這等待鎖釋放。
輕量級鎖什么時候升級為重量級鎖?線程1獲取輕量級鎖時會先把鎖對象的對象頭MarkWord復制一份到線程1的棧幀中創建的用于存儲鎖記錄的空間(稱為DisplacedMarkWord),然后使用CAS把對象頭中的內容替換為線程1存儲的鎖記錄(DisplacedMarkWord)的地址;
如果在線程1復制對象頭的同時(在線程1CAS之前),線程2也準備獲取鎖,復制了對象頭到線程2的鎖記錄空間中,但是在線程2CAS的時候,發現線程1已經把對象頭換了,線程2的CAS失敗,那么線程2就嘗試使用自旋鎖來等待線程1釋放鎖。
但是如果自旋的時間太長也不行,因為自旋是要消耗CPU的,因此自旋的次數是有限制的,比如10次或者100次,如果自旋次數到了線程1還沒有釋放鎖,或者線程1還在執行,線程2還在自旋等待,這時又有一個線程3過來競爭這個鎖對象,那么這個時候輕量級鎖就會膨脹為重量級鎖。重量級鎖把除了擁有鎖的線程都阻塞,防止CPU空轉。
3、重量級鎖:為了避免無用的自旋,輕量級鎖一旦膨脹為重量級鎖就不會再降級為輕量級鎖了;偏向鎖升級為輕量級鎖也不能再降級為偏向鎖。一句話就是鎖可以升級不可以降級,但是偏向鎖狀態可以被重置為無鎖狀態。
4、鎖粗化:同步塊的作用范圍應該盡可能小,僅在共享數據的實際作用域中才進行同步,這樣做的目的是為了使需要同步的操作數量盡可能縮小,縮短阻塞時間,如果存在鎖競爭,那么等待鎖的線程也能盡快拿到鎖。 但是加鎖解鎖也需要消耗資源,如果存在一系列的連續加鎖解鎖操作,可能會導致不必要的性能損耗。 鎖粗化就是將多個連續的加鎖、解鎖操作連接在一起,擴展成一個范圍更大的鎖,避免頻繁的加鎖解鎖操作。
5、鎖消除
Java虛擬機在JIT編譯時(可以簡單理解為當某段代碼即將第一次被執行時進行編譯,又稱即時編譯),通過對運行上下文的掃描,經過逃逸分析,去除不可能存在共享資源競爭的鎖,通過這種方式消除沒有必要的鎖,可以節省毫無意義的請求鎖時間
總結:輕量級鎖,重量級鎖是針對不同的場景的,偏向鎖是針對不存在或很少存在資源競爭的情況,輕量級鎖是存在線程競爭,執行周期比較短的情況,大部分都是這情況,最主要的原因是輕量級鎖是為了避免重量級鎖,產生操作系統層面的用戶態和內核態切換帶來的開銷。輕量級鎖自旋遠比用戶態/內核態系統調度帶來的自旋消耗要小的多,但是自旋是有CPU消耗的,所以又不可以永久的進行自旋,因此升級為重量級鎖,進行線程同步處理。
總結
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