JVM中的锁

标签： Java JVM 锁

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对象头Mark

• 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
  
  • 指向锁记录的指针
  • 指向monitor的指针
  • GC标记
  • 偏向锁线程ID

JVM 中的锁分类

• 偏向锁
• 轻量级锁
• 自旋锁

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

    public static List<Integer> numberList =new Vector<Integer>();       public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        long begin=System.currentTimeMillis();        int count=0;        int startnum=0;        while(count<10000000){            numberList.add(startnum);            startnum+=2;            count++;        }        long end=System.currentTimeMillis();        System.out.println(end-begin);       }    //-XX:BiasedLockingStartupDelay=0表示在JVM启动后【0】秒后启动这个偏向锁策略    -XX:+UseBiasedLocking -XX:BiasedLockingStartupDelay=0    -XX:-UseBiasedLocking 

本例中，使用偏向锁，可以获得5%以上的性能提升

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）

   lock->set_displaced_header(mark);    if (mark == (markOop) Atomic::cmpxchg_ptr(lock, obj()->mark_addr(), mark)) {         TEVENT (slow_enter: release stacklock) ;         return ;   }

lock位于线程栈中。

• 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

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

偏向锁，轻量级锁，自旋锁总结

• 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

锁优化

减少锁持有时间

public synchronized void syncMethod(){    othercode1();    mutextMethod();    othercode2();}// 改为下面这种写法public void syncMethod2(){    othercode1();    synchronized(this){        mutextMethod();    }    othercode2();}

减小锁粒度

• 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
  
  • 若干个Segment ：Segment<K,V>[] segments
  • Segment中维护HashEntry<K,V>
  • put操作时:先定位到Segment，锁定一个Segment，执行put
  • 在减小锁粒度后， ConcurrentHashMap允许若干个线程同时进入
• HashMap的同步实现
  
  • Collections.synchronizedMap(Map<K,V> m)
  • 返回SynchronizedMap对象

    public V get(Object key) {        synchronized (mutex) {return m.get(key);}    }    public V put(K key, V value) {        synchronized (mutex) {return m.put(key, value);}    }

锁分离

• 根据功能进行锁分离
• ReadWriteLock
• 读多写少的情况，可以提高性能
• 读写分离思想可以延伸，只要操作互不影响，锁就可以分离
• LinkedBlockingQueue
  
  • 队列
  • 链表
    

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。

例子一：

public void demoMethod(){    synchronized(lock){        //do sth.    }    //做其他不需要的同步的工作，但能很快执行完毕    synchronized(lock){        //do sth.    }}// 改为下面这种写法public void demoMethod(){        //整合成一次锁请求    synchronized(lock){        //do sth.        //做其他不需要的同步的工作，但能很快执行完毕    }}

例子二：

for(int i=0;i<CIRCLE;i++){    synchronized(lock){    }}// 改为下面这种写法synchronized(lock){    for(int i=0;i<CIRCLE;i++){    }}

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

public static void main(String args[]) throws InterruptedException {    long start = System.currentTimeMillis();    for (int i = 0; i < CIRCLE; i++) {        craeteStringBuffer("JVM", "Diagnosis");    }    long bufferCost = System.currentTimeMillis() - start;    System.out.println("craeteStringBuffer: " + bufferCost + " ms");}public static String craeteStringBuffer(String s1, String s2) {    StringBuffer sb = new StringBuffer();    //这里涉及同步操作    sb.append(s1);    sb.append(s2);    return sb.toString();}

在CIRCLE=2000000时，以-server -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+EliminateLocks模式 运行比以-server -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:-EliminateLocks 模式运行平均快了将近200ms。

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

java.util.concurrent.atomic包使用无锁实现，性能高于一般的有锁操作。