高效并发-13.锁优化

目录

1锁优化

1.1自旋锁与自适应锁

1.2锁消除和锁粗化

1.3轻量级锁和偏向锁

1.3.2轻量级锁

1.3.3偏向锁

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1锁优化

1.1自旋锁与自适应锁

自旋锁：请求锁的线程不放弃处理器执行时间而是执行一个忙循环（自旋），避免挂起恢复线程的消耗。

开启，默认开启

JDK1.6引入自适应自旋锁，自旋次数不固定，由锁的状态（之前线程是否容易通过自旋获得锁）和前一次在锁上自旋的次数决定。

1.2锁消除和锁粗化

锁消除基于逃逸分析

示例（基于JDK1.5）

1.3轻量级锁和偏向锁

1.3.1对象头

HotSpot虚拟机对象头分为两部分：

1存储对象自身的运行时数据，如HashCode、GC分代年龄，在32（64）位虚拟机长度为32（64）bit，称为MarkWord

2存储指向方法区对象类型的指针，如果是数组对象，还有一个额外的部分存储数组长度

MarkWord根据对象状态存储的内容不同：

1.3.2轻量级锁

在无竞争情况下使用CAS操作消除同步使用的互斥量

1.3.3偏向锁

它会偏向于第一个访问锁的线程，如果在接下来的运行过程中，该锁没有被其他的线程访问，则持有偏向锁的线程将永远不需要触发同步。

偏向锁，在锁对象的对象头中有个ThreaddId字段，这个字段如果是空的，第一次获取锁的时候，就将自身的ThreadId写入到锁的ThreadId字段内，将锁头内的是否偏向锁的状态位置1。这样下次获取锁的时候，直接检查ThreadId是否和自身线程Id一致，如果一致，则认为当前线程已经获取了锁，因此不需再次获取锁，略过了轻量级锁和重量级锁的加锁阶段。提高了效率。但是偏向锁也有一个问题，就是当锁有竞争关系的时候，需要解除偏向锁，使锁进入竞争的状态。

 

偏向锁逻辑

1.线程A第一次访问同步块时，先检测对象头Mark Word中的标志位是否为01，依此判断此时对象锁是否处于无所状态或者偏向锁状态（匿名偏向锁）；

2.然后判断偏向锁标志位是否为1，如果不是，则进入轻量级锁逻辑（使用CAS竞争锁），如果是，则进入下一步流程；

3.判断是偏向锁时，检查对象头Mark Word中记录的Thread Id是否是当前线程ID，如果是，则表明当前线程已经获得对象锁，以后该线程进入同步块时，不需要CAS进行加锁，只会往当前线程的栈中添加一条Displaced Mark Word为空的Lock Record中，用来统计重入的次数（如图为当对象所处于偏向锁时，当前线程重入3次，线程栈帧中Lock Record记录）。

退出同步块释放偏向锁时，则依次删除对应Lock Record，但是不会修改对象头中的Thread Id；

注：偏向锁撤销是指在获取偏向锁的过程中因不满足条件导致要将锁对象改为非偏向锁状态，而偏向锁释放是指退出同步块时的过程。

4.如果对象头Mark Word中Thread Id不是当前线程ID，则进行CAS操作，企图将当前线程ID替换进Mark Word。如果当前对象锁状态处于匿名偏向锁状态（可偏向未锁定），则会替换成功（将Mark Word中的Thread id由匿名0改成当前线程ID，在当前线程栈中找到内存地址最高的可用Lock Record，将线程ID存入），获取到锁，执行同步代码块；

5.如果对象锁已经被其他线程占用，则会替换失败，开始进行偏向锁撤销，这也是偏向锁的特点，一旦出现线程竞争，就会撤销偏向锁；

6.偏向锁的撤销需要等待全局安全点（safe point，代表了一个状态，在该状态下所有线程都是暂停的）,暂停持有偏向锁的线程，检查持有偏向锁的线程状态（遍历当前JVM的所有线程，如果能找到，则说明偏向的线程还存活），如果线程还存活，则检查线程是否在执行同步代码块中的代码，如果是，则升级为轻量级锁，进行CAS竞争锁；

注：每次进入同步块（即执行monitorenter）的时候都会以从高往低的顺序在栈中找到第一个可用的Lock Record，并设置偏向线程ID；每次解锁（即执行monitorexit）的时候都会从最低的一个Lock Record移除。所以如果能找到对应的Lock Record说明偏向的线程还在执行同步代码块中的代码。

7.如果持有偏向锁的线程未存活，或者持有偏向锁的线程未在执行同步代码块中的代码，则进行校验是否允许重偏向，如果不允许重偏向，则撤销偏向锁，将Mark Word设置为无锁状态（未锁定不可偏向状态），然后升级为轻量级锁，进行CAS竞争锁；

8.如果允许重偏向，设置为匿名偏向锁状态,CAS将偏向锁重新指向线程A（在对象头和线程栈帧的锁记录中存储当前线程ID）；

9.唤醒暂停的线程，从安全点继续执行代码。

以上便是偏向锁的整个逻辑了。

锁膨胀过程