锁的优化策略

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 一、锁升级

偏向锁: 如果一个线程获得了锁,那么锁就进入偏向模式。当这个线程再次请求锁时,无须在做任何同步操作。这样就节省了大量有关锁申请的操作,从而提高了程序性能。
轻量级锁: 如果偏向锁失败,虚拟机并不会立即挂起线程.它还会使用一种称为轻量级锁的优化手段。轻量级锁的操作也很轻便,它只是简单地将对象头部作为指针,指向持有锁的线程堆栈的内部,来判断一个线程是否持有对象锁。如果线程获得轻量级锁成功,则可以顺利进入临界区。如果轻量级锁加锁失败,则表示其他线程抢先争夺到了锁,那么当前线程的锁请求就会膨胀为重量级锁。
重量级锁: 自旋锁锁膨胀后,虚拟机为了避免线程真实地在操作系统层面挂起,虚拟机还会再做最后的努力——自旋锁。系统会进行一次赌注:它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,才会真实地将线程在操作系统层面挂起。

二、锁消除

●锁消除锁消除是一种更彻底的锁优化。Java虚拟机在JIT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锁时间。比如,我们有可能在一个不可能存在并发竞争的场合使用Vector,而Vector内部使用了synchronized请求锁。例如如下代码:

public void test() {
    Vector<Integer> vector = new Vector<>();
}

●在上述代码中的Vector,由于变量vector只在createStrings()函数中使用,因此,它只是一个单纯的局部变量。局部变量是在线程栈上分配的,属于线程私有的数据,因此不可能被其他线程访问。所以,如果虚拟机检测到这种情况,就会将这些无用的锁操作去除掉。
●锁消除涉及的一项关键技术为逃逸分析。所谓逃逸分析就是观察某一个变量是否会逃出某一个作用域。

三、锁粗化

互斥的临界区范围应该尽可能小,这样做的目的是为了使同步的操作数量尽可能缩小,缩短阻塞时间,如果存在锁竞争,那么等待锁的线程也能尽快拿到锁。
但是加锁解锁也需要消耗资源,如果存在一系列的连续加锁解锁操作,可能会导致不必要的性能损耗,锁粗化就是将「多个连续的加锁、解锁操作连接在一起」,扩展成一个范围更大的锁,避免频繁的加锁解锁操作。

JVM会检测到一连串的操作都对同一个对象加锁(for循环10000次执行j++,没有锁粗化就要进行10000次加锁/解锁),此时JVM就会将加锁的范围粗化到这一连串操作的外部(比如for循环体外),使得这一连串操作只需要加一次锁即可。