JVM锁优化

Posted 2021-01-05 mibloom

1.锁优化

• 挂起线程和恢复线程的开销较大，对于锁定状态时间较短的情况下，挂起线程并不值得。

1. 自旋锁与它的自适应自旋
   • 遇到锁不会挂起，而是忙循环（自旋）一会儿，避免了一次线程切换的开销，但是仍在占用CPU时间。
   • 1.6默认开启，默认自旋10次。
   • 1.6还引入了自适应自旋锁，他可以根据上一次在同一个锁上的自旋时间调整自旋次数。
   • 自旋失败则进入正常的挂起线程。
2. 锁消除
   • JIT即时编译器在运行时如果发现某块代码上有同步，但是检测到该共享区域不可能存在竞争，就会进行锁消除。
   • 如对某个局部变量操作时加了锁，但是局部变量不可能逃逸出方法，所以2个线程不可能对同一个局部变量存在竞争。此时就会消除锁。
   • JIT编译说明这段代码是热点代码，消除锁之后对性能提高有所帮助。
3. 锁粗化
   • 对一个对象反复的加锁解锁。如StringBuff的append()方法，编译器会优化到最外面一个锁。
4. 轻量级锁
   • jvm实现无竞争情况下使用CAS操作消除同步使用的互斥量。
   • 轻量级锁为什么可以提高性能就是因为 “绝大多数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，如果不存在竞争使用CAS操作就可以避免使用同步互斥量的开销。
5. 偏向锁
   • 轻量级锁是无竞争情况下使用CAS操作取消使用同步互斥量，而偏向锁是无竞争情况下取消整个同步，连CAS都不用做。
   • 偏向锁会偏向第一个获得他的线程，如果该锁没有被其他线程获取，那么持有偏向锁的线程就不会进行同步。

2.对象头

• 我们所说的某个对象的锁其实就是该对象的对象头中的几个标志位，该标志位改变为某个值说明该对象的锁被线程拿走了，释放锁后标志位恢复。

• 对象头分为2部分，第一部分存储对象自身运行时数据，第二部分存储类型指针。

1. 自身运行时数据（Mark Word）：如哈希码、GC分代年龄、锁转态标志、线程持有的锁，偏向线程ID、偏向时间戳。Mark Word是非固定的数据结构，以便存储更多信息，根据对象状态不同各个信息所占位数会变化，但总体肯定是8字节倍数。32位机下Mark Word占32bit，64位机下占64bit。
2. 类型指针：指向元数据(Class类数据)的指针
3. 如果对象是数组那么对象头还有一块用于记录数组长度的区域，因为普通Java对象通过元数据可以确定大小，而数组的元数据无法确定数组大小。

2.1 Mark Word 的不同状态下存储不同内容。

状态	标志位	存储内容
未锁定	01	对象哈希码。对象分代年龄
轻量级锁定	00	指向锁记录的指针
膨胀（重量级锁定）	10	指向重量级锁的指针
GC标记	11	空，不需要记录信息
可偏向	01	偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄

 

 

 

 

 

 

 

2.2 不同状态下不同信息所占的位数和位置

3.轻量级锁的实现和加锁过程。

• 程序并不是一遇到同步代码块立刻就拿到对象的重量级锁。

1. 加锁

   1. 代码进入同步块时如果锁对象的标志位时01那么虚拟机会在当前线程的栈帧中建立一个 锁记录 空间 Lock Record，用来存储锁对象目前的Mark Word 的拷贝。
   2. 然后执行CAS 操作 ，它会比较锁对象的Mark Word 与拷贝是否相等。如果相等执行3，如果不等执行5
   3. 如果相等将锁对象的Mark Word 中的存储内容替换为 指向栈帧中拷贝的指针，此时这个线程就获得了该对象的锁，并且对象的锁标志位改为00。
   4. 此时栈帧中的Mark Word 存储的内容是（对象的hashCode，分代年龄，偏向锁位）而锁对象Mark Word 存储的内容是（指向栈中锁记录的指针），而且前者锁标志位01，后者锁标志位00.
   5. 如果不相等首先检查锁对象Mark Word内容是否指向当前线程，如果指向执行6，如果没有指向执行7
   6. 如果指向说明当前线程已经拿到了锁，则可以进入同步代码块执行，比如同步方法中调用同步方法，并且使用的同一个锁对象。
   7. 如果没有指向当前线程说明锁已经被别的线程拿到了，此时锁标志位改为10，锁对象Mark Word内容换为指向互斥量（重量级锁synchronized）的指针，然后执行8
   8. 注意此时线程发现拿不到锁也不会立刻被挂起，它会加入自旋，如果自旋一定次数失败就会进入阻塞状态。

2. 解锁

1. 首先查看锁对象的Mark Word内容是否指向栈，如果是那么就交换两者，同步代码执行完成。
2. 如果没有，说明有别的线程来拿过锁，所以要解除互斥量同时唤醒被挂起的线程。
3. synchronized是不公平的不会按先后挂起顺序唤醒。

4.偏向锁

1. -XX:+UseBiasedLocking 启用偏向锁，1.6默认
2. 锁对象第一次被线程获得，会把标志位设为01，此时线程ID还是空，对象还未锁定
3.  通过一次CAS操作会把获取到这个锁对象的线程ID存入锁对象的Mark Word。此时对象已被锁定。
4. 之后持有偏向锁的线程进入同步代码就不需要任何同步操作了。
5. 如果另一个线程来获取锁，那么偏向模式就结束，分别如图按2种不同情况作出不同反应。