多线程— JDK对锁优化的努力

Posted 2022-05-24 wangyongwen

　　JDK内部的“锁”优化策略

1. 锁偏向

　　锁偏向是针对加锁操作的优化手段，核心思想是：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，无须再做任何同步操作，这样就节省了大量有关锁申请的操作，从而提高了程序的性能。对几乎没有锁竞争的场合，偏向锁有很好的优化效果，对于锁竞争激烈的场合，效果不佳，因为每次都是不同的线程在申请锁，偏向模式就会失效，还不如不启用偏向锁。使用Java虚拟机参数 -XX:+UseBiasedLocking 可以开启偏向锁。

2. 轻量级锁

　　如果偏向锁失败，虚拟机不会立即挂起线程，会使用一种轻量级锁的优化手段。就是简单地将对象头部作为指针指向持有锁的线程堆栈内部，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，可以顺利进入临界区。如果轻量级加锁失败，其他线程已经抢到了锁，当前线程的锁请求会膨胀为重量级锁。

3. 自旋锁

　　锁膨胀以后，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未知数，也许在几个CPU时钟周期内就可以得到锁。系统会假设不久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，在经过若干次循环以后，如果可以得到锁，那么就顺利进入临界区。如果还不能得到锁，才会真的将线程在操作系统层面挂起。

4. 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。例如在一个不可能存在并发竞争的场合使用Vector，但Vector内部使用了Synchronized请求锁，比如下面代码：

public String[] createStrings()
     Vector<String> v = new Vector<String>();
     for(int i=0;i<100;i++)
         v.add(Integer.toString(i));
     
     return v.toArray(new String[0]);

　　上述代码中Vector，由于变量v只在createStrings函数中使用，因此他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。这样的情况下，Vector内部所有的加锁同步是没必要的。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。

　　锁消除涉及的一项关键技术为逃逸分析。逃逸分析是观察某一个变量是否会逃出一个作用域。在本例中，变量v显然没有逃出createStrings()函数之外。以此为基础，虚拟机才可以大胆地将变量v内部的加锁操作去除。如果createStrings()返回的不是数组，而是v本身，那么就认为变量v逃逸出了当前函数，也就是说变量v有可能被其他线程访问。如果这样，虚拟机就不能消除变量v中的锁操作。

　　逃逸分析必须在 -server 模式下进行，可以使用 -XX:+DoEscapeAnalysis 参数打开逃逸分析。使用 -XX:+EliminateLocks 参数可以打开锁消除。