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JVM之锁优化

JVM之锁优化

作者: 进击的鱼儿 | 来源:发表于2020-03-14 15:32 被阅读0次

    1、自旋锁与自适应自旋

    互斥同步对性能最大的影响是阻塞的实现,挂起线程和恢复线程的操作都需要转入内核态中完成,这些操作给系统的并发性能带来了很大的压力。同时,在许多应用上,共享数据的锁定状态只会持续很短的一段时间,为了这段时间去挂起和恢复线程并不值得。如果物理机器上有一个以上的处理器,能让两个或者以上的线程同时并行执行,我们就可以让后面请求锁的那个线程“稍等一下”,但不放弃处理器的执行时间,看看持有锁的线程是否很快就会释放锁。为了让线程等待,我们只需让线程执行一个忙循环(自旋),这项技术就是所谓的自旋锁。

    自旋锁在JDK1.4.2中就已经引入,只不过默认是关闭的。在JDK1.6中已经默认开启了。自旋等待不能替代阻塞,且不说对处理器数量的要求,自旋等待本身虽然避免了线程切换的开销,但它是要占用处理器时间的,因此,如果锁被占用的时间很短,自旋等待的效果就会很好,反之,如果锁被占用的时间很长,那么自旋的线程只会白白消耗处理器资源,而不会做任何有用的工作,反而会带来性能上的浪费。因此自旋等待的时间必须要有一定的限度,如果自旋超过了限定次数仍然没有成功获得锁,就应当使用传统的方式去挂起线程了。自旋次数的默认值时10次。

    在JDK1.6中引入了自适应的自旋锁。自适应意味着自旋的时间不再固定了,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来决定。如果在同一个锁对象上,自旋等待刚刚成功获得过锁,并且持有锁的线程正在运行中,那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功,进而它将允许自旋等待持续相对更长的时间,比如100个循环。另外,如果对于某个锁,自旋很少成功获得过,那再以后要获取这个锁时将可能省略掉自旋过程,以避免浪费处理器资源。

    2、锁消除

    锁消除是指虚拟机即时编译器在运行时,对一些代码上要求同步,但是被监测到不可能存在共享数据竞争的锁进行消除

    3、锁粗化

    原则上,我们在编写代码的时候,总是推荐将同步块的作用范围限制的尽量小——只在共享数据的实际作用域中才进行同步,这样是为了是的需要同步的操作数量尽可能变小,如果存在锁竞争,那等待锁的线程也能尽快拿到锁。

    大部分情况下,上面的原则都是正确的,但是如果一系列的连续操作都对同个对象反复加锁和解锁,甚至加锁操作是出现在循环体中的,那即使没有线程竞争,频繁地进行互斥同步操作也会导致不必要的性能损耗。如果虚拟机探测到这类的操作,比如循环体内加锁,将会把加锁同步的范围扩展(粗化)到整个操作序列的外部。

    4、轻量级锁

    轻量级锁时JDK1.6之中加入的新型锁机制,“轻量级”是相对与使用操作系统互斥量来实现的传统锁而言的,因此传统的锁机制就称为“重量级”锁。轻量级锁并不是用来替代重量级锁的,它的本意是在没有多线程的前提下,减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗

    轻量级锁能提升程序同步性能的依据是“对于绝大部分的锁,在整个同步周期内都是不存在竞争的”,这是一个经验数据。如果没有竞争,轻量级锁使用CAS操作避免了使用互斥量的开销,但如果存在锁竞争,除了互斥量的开销外,还额外发生了CAS操作,因此在有竞争的情况下,轻量级锁会比传统的重量级锁更慢。

    5、偏向锁

    偏向锁也是JDK1.6中引入的一项锁优化,它的目的是消除数据在无竞争情况下的同步原语,进一步提高程序的运行性能。如果说轻量级锁是在无竞争的情况下使用CAS操作去消除同步使用的互斥量,那偏向锁就是在无竞争的情况下把整个同步都消除掉,连CAS操作都不做了。

    偏向锁的“偏”,就是偏心的“偏”、偏袒的“偏”,它的意思是这个锁会偏向于第一个获得它的线程,如果在接下来的执行过程中,该锁没有被其他的线程获取,则持有偏向锁的线程将永远不需要再进行同步。

    当有另外一个线程去尝试获取这个锁时,偏向模式就宣告结束。

    参考《深入理解Java虚拟机》

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