“锁”的性能和优化

一、死锁

关于死锁,无外乎,对线程资源的争抢,线程之间相互等待对方释放资源,从而导致等待的一种情况。

出现死锁的条件在于:
①互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用
②请求和保持条件:一个线程因为请求资源的时候导致阻塞,也就是无法请求到其他资源的时候,自身阻塞,但是又无法释放自己所拥有的资源,从而使其他想要获取其资源的线程继续等待。
③不剥夺条件:对于一个拥有某个资源的线程,如果这个线程没有完成其自身的工作,那么,其他线程无法强行剥夺。
④循环等待关系:一系列线程之间形成相互等待的一种循环等待资源的关系。

二、线程状态

首先得知道线程的状态:
①新建状态(New) 新创建了一个线程对象。
②就绪状态(Runnable) 线程对象创建后,其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中,变得可运行,等待获取CPU的使用权。
③运行状态(Running) 就绪状态的线程获取了CPU,执行程序代码。
④阻塞状态(Blocked) 阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权,暂时停止运行。直到线程进入就绪状态,才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种:

-------等待阻塞:运行的线程执行wait()方法,JVM会把该线程放入等待池中。
-------同步阻塞:运行的线程在获取对象的同步锁时,若该同步锁被别的线程占用,则JVM会把该线程放入锁池中。
-------其他阻塞:运行的线程执行sleep()或join()方法,或者发出了I/O请求时,JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时,线程重新转入就绪状态。
⑤死亡状态(Dead):线程执行完了或者因异常退出了run()方法,该线程结束生命周期

其状态变化过程:

当执行new Thread(Runnabler)后,新创建出来的线程处于new状态,这种线程不可能执行。
当执行thread.start()后,线程处于runnable状态,这种情况下只要得CPU,就可以开始执行了。runnable状态的线程,会接受JVM的调度,进入running状态,但是具体何时会进入这个状态,是随机不可知的running状态中的线程最为复杂,可能会进入runnable、waiting、timed_waiting、blocked、dead状态:如果CPU调度给了别的线程,或者执行了Thread.yield()方法,则进入runnable状态,但是也有可能立刻又进入running状态如果执行了Thread.sleep(long),或者thread.join(long),或者在锁对象上调用object.wait(long)方法,则会进入timed_waiting状态如果执行thread.join(),或者在锁对象上调用了object.wait()方法,则会进入waiting状态如果进入了同步方法或者同步代码块,没有获取锁对象的话,则会进入blocked状态
处于waiting状态中的线程,如果是因为thread.join()方法进入等待的,在目标thread执行完毕之后,会回到runnable状态;如果是因为object.wait()方法进入等待的话,在锁对象执行object.notify()或者object.notifyAll()之后会回到runnable状态,处于timed_waiting状态中的线程,和waiting状态中的差不多,只不过是设定时间到了,就会回到runnable状态处于blocked状态中的线程,只有获取了锁之后,才会脱离阻塞状态。当线程执行完毕,或者抛出了未捕获的异常之后,会进入dead状态,该线程结束。

三、常见锁的优化

(一)代码层面

1、减少锁持有的时间
比如:

public  synchronized void syncMethod(){
         othercode1();
         mutextMethod();
         othercode2();
}

实际的更新操作是在mutextMethod()方法,所以对整个方法加锁并没有必要。
所以,为了减少锁持有的时间,可以只将mutextMethod()加类锁,作用域当前实例对象;

public  void syncMethod(){
         othercode1();
         synchronize(this){
               mutextMethod();
         }
         othercode2();
}

2、减小锁的颗粒度
即只锁住相关容易造成并发错误的地方,同时又要实现线程安全,concurrentHashMap 与 hashMap之间即实现了减小锁的颗粒度的一个优化。

**:对于concurrentHashMap有一个重要的点,concurrentHashMap的size()方法,会优先使用无锁的方式来求和,但是如果失败则会尝试取得所有“子段”的锁,所以,在高并发场合,concurrentHashMap的size()方法性能要比hashMap的性能要差。

3、锁分离(读写分离锁)
即对功能的划分加锁,比如读写分离锁,读读不互斥,读写互斥,写写互斥。

4、锁粗化
如果对一个锁,不停的获取和释放,其本身也会消耗系统资源,所以对于一连串的对同一个对象进行加锁,倒不如将这段合在一起加锁。这即锁的粗化。

(二)JVM层面

1、自旋锁
在多线程并发条件下,频繁的挂起和恢复线程的操作会给系统带来极大的压力,特别是当访问共享资源仅需要花费很小一段CPU时间时候,为了这段时间去做重量级的线程切换是不值得的。

自旋锁就是可以使线程在没有取得锁的时候,不被挂起,而转而去执行一个空循环(即所谓的自旋),在若干个空循环后,线程如果获得了锁,则继续执行,若线程依然不能获得锁,才会被挂起。

当然自旋锁不适用与竞争激烈,单线程锁占用时间长的并发程序。

JAVA虚拟机提供: -XX:+UseSinning参数来开启自旋锁,使用
-XX:PreBlockSpin参数来设置自旋锁的等待次数。

2、锁消除
锁消除是JVM在即时编译时,通过对运行上下文的扫描,去除不可能存在共享资源竞争的锁,通过锁消除,可以节省毫无意义的请求时间。

JVM虚拟机可以在运行时基于逃逸分析技术,捕获到这些不可能存在竞争却有申请锁的代码段,并消除这些不必要的锁,从而提高性能。
比如下面这段代码:

protected  String  craeteStringBuffer(String a , String  b){
          StringBuffer  sb = new  StringBuffer();  //局部变量,没有逃逸出这个方法
          sb.append(a);   //append()中有锁的申请,但是在当前环境下是没有必要的
          sb.append(b);
          return   sb.toString();  
}

逃逸分析和锁消除分别可以使用JVM参数 -XX:+DoEscapeAnalysis 和 -XX:+EliminateLocks开启(锁消除必须工作在server模式下)

使用参数 -server -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:EliminateLocks关闭逃逸分析和锁消除。

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