JDK对锁的优化

0. 文章中的名词解析

由于多线程中最复杂的就是很多看不懂的名词，这里我将这些名词汇总一下并总结在下文中

1. 偏向锁

当只有一个线程处于临界区的时候，此时持有是锁将呈现偏向锁结构

上面这篇文章使用了一个例子告诉我们什么是偏向锁: 总结下来就是某个锁偏向于某个线程，当线程多次持有一个锁的时候，这个时候为了不浪费时间做上线文切换，转而用了这种偏向锁结构，既只需要对比一下这个锁之前持有者与现在要持有该锁的线程是否是同一个即可。如果是一样的，那就继续将锁给到它，如果不是一样的，那么这个时候锁就要进行第一次膨胀：膨胀为轻量级锁

偏向锁的目的在于优化单线程执行临界区时，切换上下文与用户和内核态的情况。既这段代码就一个线程A在执行，然而却不断执行那些切换工作让本来执行效率极高的代码变得非常缓慢

1.1 偏向锁内部原理

原理概述

1.2 优点

优点就是优化了一个线程持有锁的性能

1.3 缺点

如果明显存在其他线程申请锁，那么偏向锁将很快膨胀为轻量级锁。

2. 轻量级锁

多个线程交替进入临界区的时候，此时的锁结构为轻量级锁

轻量级锁是由偏向锁升级而来，是当有多个线程开始轮流持有锁的时候，就会开启轻量级锁。

轻量级锁的目标是，减少无实际竞争情况下，使用重量级锁产生的性能消耗。虽然多个线程都在临界区，但是，他们并不干扰，A线程执行完，B再接着执行，看似是有竞争，但是它们一个上日班一个上夜班，互不干扰，这个时候他们持有的锁就是轻量级锁。那么如果A与B开始并不这样交替持有了，改为竞争，那么这个时候锁将膨胀成重量级锁——既通过竞争的方式竞争锁。

2.1 缺点

如果锁竞争激烈，那么轻量级将很快膨胀为重量级锁，那么维持轻量级锁的过程就成了浪费。

3. 自旋锁

锁膨胀后，为了避免线程真实地在操作系统层面挂起，虚拟机还会做最后的努力—自旋锁。当前线程暂时无法获得锁，而且什么时候可以获得锁是一个未知数，也许在几个CPU时钟周期后就可以得到锁。如果这样，简单粗暴地挂起线程可能是一种得不偿失的操作。系统会假设在不久的将来，线程可以得到这把锁。因此，虚拟机会让当前线程做几个空循环（这也是自旋的含义），在经过若干次循环后，如果可以得到锁，那么就顺利进入临界区。如果还不能获得锁，才会真的将线程在操作系统层面挂起。

3.1 优点

自旋锁不会使线程状态发生切换，一直处于用户态，即线程一直都是active的；不会使线程进入阻塞状态，减少了不必要的上下文切换，执行速度快
非自旋锁在获取不到锁的时候会进入阻塞状态，从而进入内核态，当获取到锁的时候需要从内核态恢复，需要线程上下文切换。（线程被阻塞后便进入内核（Linux）调度状态，这个会导致系统在用户态与内核态之间来回切换，严重影响锁的性能）

3.2 缺点

如果某个线程持有锁的时间过长，就会导致其它等待获取锁的线程进入循环等待，消耗CPU。使用不当会造成CPU使用率极高。
Java实现的自旋锁不是公平的，即无法满足等待时间最长的线程优先获取锁。不公平的锁就会存在“线程饥饿”问题。

4. 锁消除

这个是通过JIT编译器通过逃逸分析，分析锁是否能够合并成一把锁的优化方式。

public void method(){
  Vector<String> v = new Vector<>();
  for(int i=0; i < 100; i++){
    v.add((Integer)i.toString());
  }
}

如果不优化，那么vector是一个持有锁的结构，如果重复去操作添加元素，那么就会频繁的切换上下文，然而，这个结构仅仅只是作用在方法中，也就是其他线程根本不可能侵入，这个Vector并不会存在多线程的情况，那么通过JIT的逃逸分析，发现vector是该方法创建的，不存在多线程进入，那么就不需要锁，于是就可以将锁操作消除。