Synchronize 与 锁升级过程

在JAVA里,多线程访问共享资源时,因为安全问题,所以引入了Synchronize,我们都知道该锁为非公平锁,重量级锁。

非公平锁,意思就是多线程获取锁是否成功,并非按照线程的优先级来,而是一起去抢,谁抢到谁占有

重量级锁,这里的重量级指的是获取锁的CPU开销较大,为什么开销大,后面会详细说明。

在jdk1.6之前,Synchronize完全属于重量级锁。后来为了提升其性能,出线了锁升级的一堆优化操作

在推出锁升级的优化方案之前,jdk的研发人员专门对锁的使用,以及锁的持有线程者进行了大量的统计,发现在单进程下的子线程中,共享资源的访问并非那么频繁,第二,锁的持有和释放本可以用在更小的粒度上。

基于以上统计发现,我们开始对Synchronize进行优化。这里我们就拿对象锁来说明。

首先我们先来了解一个基本概念,就是Object o = new Object() 。新产生一个对象,在堆内存中的结构包含三部分,对象头,实例数据,对齐。

对象头(mark word)按照CPU的型号分为32和64,目前主流64bit位。为了方便,我们用32位来讲解

对象头大致分为,hashcode,分带年龄,是否偏向,锁标志位,(线程id)偏向锁特有

以下开始来讲解锁升级过程

无锁,最开始我们new出来一个对象,认为没有线程来使用,所以处于无锁态

偏向锁,多线程中,有一个线程如果使用了该对象,那么这个时候这把锁就偏向该线程,同时在对象头里记录下该线程id。如果该线程下次再来持有这把锁时,发现是自己持有的,就不需要再次加锁了。如果这个时候,另外一个线程也想来占有这把锁,那么结果只有两种,要么成功,要么失败。失败后,怎么办,JVM决定把锁升级下

轻量级锁,接上一部,发现锁失败了,那么我就过一会再来尝试下加锁,这个循环的过程,我们称之为自旋,也就是自旋锁。自旋锁,具体就不说了,前面有一篇文章专门描述了。这里会有个问题,要一直拿不到锁怎么办?

自适应自旋,在轻量级锁中,我们用到了自适应。自适应的理解,是建立在锁的持有和释放能够很快完成,那么等待加锁的线程根据获取锁的时间,来自己调整自旋的次数,这样就避免了盲目等待,比如说,B线程发现A线程持有的锁很快就被释放了,那么就让自己多等待一会,否则就不等了。

自旋消耗cpu么?答案是肯定的,因为这个过程主要是通过cpu来完成,如果等待过程中,发现cpu消耗较大,即使自旋能够获得,但是基于整体性能的要求,那么jvm决定进一步升级

重量级锁,上面我们说到,重量级锁很耗费性能,为什么?原因是拿不到锁的线程,直接被park(挂起),然后放在等待队列里,等候被唤醒。所以这里就牵扯到了线程的切换,而线程的切换势必会在操作系统层面,进行内核和用户态的切换,这种切换肯定是耗费性能的。

综上所述,其实jdk对他的优化,说白了就是先看不加锁有没问题,如果有,那么先加个乐观锁,如果还不行,那么就自旋加锁,如果还不行,才到最后一部重量级锁。相比之前一上来就是重量级锁,性能有很大提升。

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