锁优化

锁优化是为了在线程之间更高效地共享数据,以及解决竞争问题,从而提高程序的执行效率。

一、自旋锁与自适应锁

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,为了这段时间进行线程的挂起和恢复是很不值得的。如果物理机有一个以上的处理器,能让两个线程同时并行执行,这个时候我们只需要让程序稍等一段时间但并不放弃处理器,为了让线程等待,只需让线程执行一个忙循环(自旋),这种做法就是“自旋锁”。

自旋锁在jdk1.4.2引入(默认关闭),1.6中改为默认开启。自旋等待不能代替阻塞,自旋虽然避免了线程切换的开销,但是它是要占用处理器时间的,因此,如果锁被占用时间较短,自旋的效果就比较好。自旋默认的值是10次,超过限定的次数就会使用传统方式挂起。

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决定。如果在同一个对象上,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,那么虚拟机会认为这次自旋也很有可能成功,进而允许自旋等待更长时间。

二、锁消除

锁消除是指虚拟机及时编译器在运行时,对一些代码上要求同步,但被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行消除。

三、锁粗化

如果一系列的连续操作都对同一个对象反复加锁和解锁,甚至加锁操作是在循环体中的,那即使没有线程竞争,频繁的进行互斥同步操作也会导致不必要的性能消耗。

如果虚拟机探测到有这样一串零碎的操作都对同一个对象加锁,将会把加锁同步的范围扩大(粗化)到整个操作序列的外部,这样只需加锁依次即可。

四、轻量级锁

轻量级锁是jdk1.6中加入的新的锁机制,“轻量级”是相对于使用操作系统互斥量来实现的传统锁(重量级锁)而言的。

轻量级锁并不是用来代替重量级锁的,它的本意是在没有多线程竞争的前提下,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CSA操作避免了使用互斥量的开销,但如果存在竞争,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,轻量级锁还会不会重量级锁更慢。

五、偏向锁

偏向锁是jdk1.6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”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,该锁没有被其它的线程所获取,则持有偏向锁的线程将永远不需要再进行同步。

当有另一个线程去尝试获取这个锁时,偏向模式结束。根据锁对象目前是否处于被锁定状态,撤销偏向(Revoke Bias)后恢复到未锁定或轻量级锁定的状态。

偏向锁可以提高带有同步但无竞争的程序性能。它同样是一个带有效益权衡(Trade Off)性质的优化,也就是说,它并不一定总是对程序运行有利,如果程序中大多数的锁总是被多个不同的线程访问,那偏向模式就是多余的。