自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁

JDK1.6对synchronized关键字做了很多优化,包括自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销。

自旋锁

所谓自旋锁,就是让某线程进入已被其它线程占用的同步代码时等待一段时间,不会被立即挂起,看持有锁的线程是否会很快释放锁。这里等待的方式就是执行一段无意义的循环。

适应性自旋锁

适应性自旋锁是一种更加聪明的自旋锁。某个线程如果自旋成功了,那么下次自旋的次数会更加多,因为虚拟机认为既然上次成功了,那么此次自旋也很有可能会再次成功,那么它就会允许自旋等待持续的次数更多。反之,如果对于某个锁,很少有自旋能够成功的,那么在以后要或者这个锁的时候自旋的次数会减少甚至省略掉自旋过程,以免浪费处理器资源。

锁消除

如果不存在竞争,为什么还需要加锁呢?JVM检测到不可能存在共享数据竞争,JVM会对这些同步锁进行锁消除,也就是取消加锁操作。

锁粗化

锁粗化就是将多个连续的加锁、解锁操作连接在一起,扩展成一个范围更大的锁。以此来减少在锁操作上的开销。

CAS

CAS操作需要输入两个数值,一个旧值(原值)和一个新值,在操作期间先比较旧值有没有发生变化,如果没有发生变化,才交换成新值,发生了变化则不交换。

CAS操作经常会多添加一个version字段,表示版本号。

主要解决变量发生A→B→A而CAS却不知情的问题。

追加版本号之后,变量的修改操作就变为了1A→2B→3A。

偏向锁和轻量级锁说起来就有点复杂了,它们的内部都是使用CAS操作来避免锁的开销。

轻量级锁

JDK 1.6 引入了偏向锁和轻量级锁,从而让锁拥有了四个状态:无锁状态(unlocked)、偏向锁状态(biasble)、轻量级锁状态(lightweight locked)和重量级锁状态(inflated)。

以下是 HotSpot 虚拟机对象头的内存布局,这些数据被称为 Mark Word。其中 tag bits 对应了五个状态,这些状态在右侧的 state 表格中给出。除了 marked for gc 状态,其它四个状态已经在前面介绍过了。

下图左侧是一个线程的虚拟机栈,其中有一部分称为 Lock Record 的区域,这是在轻量级锁运行过程创建的,用于存放锁对象的 Mark Word。而右侧就是一个锁对象,包含了 Mark Word 和其它信息。

轻量级锁是相对于传统的重量级锁而言,它使用 CAS 操作来避免重量级锁使用互斥量的开销。对于绝大部分的锁,在整个同步周期内都是不存在竞争的,因此也就不需要都使用互斥量进行同步,可以先采用 CAS 操作进行同步,如果 CAS 失败了再改用互斥量进行同步。

当尝试获取一个锁对象时,如果锁对象标记为 0 01,说明锁对象的锁未锁定(unlocked)状态。此时虚拟机在当前线程的虚拟机栈中创建 Lock Record,然后使用 CAS 操作将对象的 Mark Word 更新为 Lock Record 指针。如果 CAS 操作成功了,那么线程就获取了该对象上的锁,并且对象的 Mark Word 的锁标记变为 00,表示该对象处于轻量级锁状态。

如果 CAS 操作失败了,虚拟机首先会检查对象的 Mark Word 是否指向当前线程的虚拟机栈,如果是的话说明当前线程已经拥有了这个锁对象,那就可以直接进入同步块继续执行,否则说明这个锁对象已经被其他线程线程抢占了。如果有两条以上的线程争用同一个锁,那轻量级锁就不再有效,要膨胀为重量级锁。

偏向锁(锁重入)

偏向锁的思想是偏向于让第一个获取锁对象的线程,这个线程在之后获取该锁就不再需要进行同步操作,甚至连 CAS 操作也不再需要。

当锁对象第一次被线程获得的时候,进入偏向状态,标记为 1 01。同时使用 CAS 操作将线程 ID 记录到 Mark Word 中,如果 CAS 操作成功,这个线程以后每次进入这个锁相关的同步块就不需要再进行任何同步操作。

当有另外一个线程去尝试获取这个锁对象时,偏向状态就宣告结束,此时撤销偏向(Revoke Bias)后恢复到未锁定状态或者轻量级锁状态。

posted @ 2019-03-11 22:56 薛勤 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏