从零开始java多线程到分布式锁（九）：Synchronized的优化

目录

一：Synchronized的底层优化

二：锁状态

1.锁状态

2.锁在对象的保存

3.锁优化的基本原理（很重啊哟）

三：轻量级锁

1.轻锁的加锁过程：

2.轻锁的解锁过程

四：偏向锁 

1.偏锁获取锁的过程

2.偏锁的释放过程 

五：锁状态的相互转换

六：锁的其他优化

1.适应性自旋

2.锁粗化

3.锁消除

七：总结

1.优化锁的优缺点以及关闭锁优化

2.轻锁/偏锁都是基于Synchronized实现的，本质而言都是要切换到JVM的和状态的。

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一：Synchronized的底层优化

  在上面一篇中我们说到Synchronized锁在运行同步方法会在应用层切换到JVM核状态，很多时候代码的运行时间还会小于状态切换，因此其实一个重量级的锁。但是我们在代码里很多时候还是会看到这种锁，应为其用法足够简单足够方便，在一些性能能需求不是太重要的系统中，这种使用是完全没有问题的。

   在jdk1.6之后，jdk对于这种所做了一些优化，让其足够简单也能足够效率。在jdk1.8包括之后，默认是开启sysnchronized的锁优化的（当然，也可以禁用锁优化，至于为何禁用，如何禁用我们将在文章的后部分说明）， 因此这里我们就只需要了解一下其如何进行优化的。

  （注意：为了方便下文中的所有的锁都指的的是Sysnchronized，除非特指说明）

 

二：锁状态

1.锁状态

  jdk为了区分出锁的优化概念提出了4中锁状态：无锁，轻量级锁，偏向锁以及重量级锁。其中锁升级的顺序为：偏向锁 -》轻量级锁 - 》重量级锁，并且锁稚嫩那个升级不能降级。也就是说默认开启锁优化的时候默认为轻量级锁，如果出现锁竞争等情况锁会依次升级。

   从上面的一段话中我们可以看到，一个方法或者一个对象方法同时只能持有一种锁状态。

2.锁在对象的保存

  我们知道重锁Synchronized是依赖于JVM的Monitor的，也就是说依赖于对象的Monitor的。那么锁是如何保存在对象中的呢？下面我们就以32位jdk画图（图表来自网络）：

3.锁优化的基本原理（很重啊哟）

  轻锁的优化：轻量级锁的优化，是基于使用了Sysnchronized的情况下但是方法却没有出现多线程竞争而进行的性能消耗的优                                化。

  偏锁的优化：轻锁向偏锁的优化，是基于轻锁的存在下，减少不必要的轻锁执行路径。

 

三：轻量级锁

  轻量级锁是在没有出现多线程竞争的情况下默认是使用的，但是一旦出现并发情况下轻锁会自动膨胀为重锁，当然这种情况是不需要我们手动操作的。

1.轻锁的加锁过程：

  总结一下三种加锁结果：（1）轻锁加锁成功，执行同步方法。

                                              （2）当前线程拥有该锁，执行同步方法。

                                              （3）多线程竞争，轻锁膨胀为重锁，其他线程阻赛

2.轻锁的解锁过程

      总结一下2种结果：（1）没有多线程竞争，只需同步即可。

                                        （2）多线程竞争，当前线程释放锁，并唤醒其他的线程

 

四：偏向锁 

    引入偏向锁是为了优化轻锁的加锁/解锁的执行路径，在上面的轻锁的加锁/解锁的过程中我们可以看到多次使用可CAS的操作（CAS操作是一种消耗资源的操作，不清楚的可以自行百度）。下面看一下偏锁的获取锁/释放锁过程;

1.偏锁获取锁的过程

  偏锁的获取其实是基于轻锁的实现，也就是这里我们说偏锁是获取而不是加锁的原因。

  总结2种结果：（1）没有多线程的锁竞争，偏锁加载完成，执行同步代码。

                            （2）存在多线程的锁竞争，当前线程挂起，其他被堵塞的线程继续执行。

 

2.偏锁的释放过程 

  偏向锁的释放其实是在达到全局安全点时，自动释放。

 

五：锁状态的相互转换

  .其实，如果看懂上面的轻锁/偏锁的加锁/解锁转换。其实就很明确，就是存在多线程竞争状态。下面特出一幅图：

六：锁的其他优化

1.适应性自旋

       无论是哪种锁，都存在着一个获取锁的过程，锁获取一般都是通过CAS的操作获取的。如果有其他线程占据锁并且没有释放，那么当前线程会不停的循环去获取锁，这种就叫做锁的自旋。锁的自旋是十分消耗系统资源的（毕竟Synchronized的获取都是要依赖JVM内核的Monitor的）。因此，我们可以手动的去设置锁的自旋次数。  可以设置 -XX:UseSpining开启自旋锁（在jdk1.6以及之后都是默认开启的），-xx:PreBlockSpin设置自旋次数（当然一般不建议，jdk1.6之后添加自适应自旋）

2.锁粗化

 这个就比较容易理解了，如果有一个方法调用了多个加锁的方法，那么完全可以将多个锁的方法去掉，并且在该方法上加锁。

3.锁消除

锁消除即删除不必要的加锁操作。根据代码逃逸技术，如果判断到一段代码中，堆上的数据不会逃逸出当前线程，那么可以认为这段代码是线程安全的。

 

七：总结

1.优化锁的优缺点以及关闭锁优化

   jdk自身对于Synchronized的锁优化是为了便于我们简单而又高性能的使用同步锁，但是其具有普遍性适用于大部分的场景。但是这2个优化锁都是基于同步方法没有多线程竞争的情况下的优化，一旦存在多线程竞争反而会将降低效率，原因是存在一个锁升级的过程。如果我们代码方法确定一定会存在多线程并发竞争的情况，那么建议关闭锁优化，关闭方法：-XX:-UseBiasedLocking。

2.轻锁/偏锁都是基于Synchronized实现的，本质而言都是要切换到JVM的和状态的。