JVM——synchronized 优化

synchronized 优化

Java HotSpot 虚拟机中，每个对象都有对象头（包括 class 指针和 Mark Word）。Mark Word 平时存储这个对象的 哈希码 、 分代年龄 。当加锁时，这些信息就根据情况被替换为 标记位 、 线程锁记录指
针 、 重量级锁指针 、 线程ID 等内容

1.轻量级锁

如果一个对象虽然有多线程访问，但多线程访问的时间是错开的（也就是没有竞争），那么可以使用轻量级锁来优化。这就好比：
学生（线程 A）用课本占座，上了半节课，出门了（CPU时间到），回来一看，发现课本没变，说明没有竞争，继续上他的课。 如果这期间有其它学生（线程 B）来了，会告知（线程A）有并发访问，线程A 随即升级为重量级锁，进入重量级锁的流程。
而重量级锁就不是那么用课本占座那么简单了，可以想象线程 A 走之前，把座位用一个铁栅栏围起来。
假设有两个方法同步块，利用同一个对象加锁

static Object obj = new Object();
public static void method1() {
synchronized( obj ) {
// 同步块 A
method2();
}
}
public static void method2() {
synchronized( obj ) {
// 同步块 B
}
}

每个线程都的栈帧都会包含一个锁记录的结构，内部可以存储锁定对象的 Mark Word

2.锁膨胀

如果在尝试加轻量级锁的过程中，CAS 操作无法成功，这时一种情况就是有其它线程为此对象加上了轻量级锁（有竞争），这时需要进行锁膨胀，将轻量级锁变为重量级锁。

3. 重量锁

重量级锁竞争的时候，还可以使用自旋来进行优化，如果当前线程自旋成功（即这时候持锁线程已经退出了同步块，释放了锁），这时当前线程就可以避免阻塞。
在 Java 6 之后自旋锁是自适应的，比如对象刚刚的一次自旋操作成功过，那么认为这次自旋成功的可能性会高，就多自旋几次；反之，就少自旋甚至不自旋，总之，比较智能。
如图是自旋成功的例子：

如图是自旋失败的例子：

4 偏向锁

轻量锁在没有竞争的时候（就自己这个线程），每次重入仍需要执行CAS操作。这个时候就引入了偏向锁来做进一步的优化：只有第一次使用CAS将线程ID设置到对象的Mark Word头，之后发现这个线程是自己的就表示没有竞争，不用重新 CAS。

特点：
1.撤销偏向需要将持锁线程升级为轻量级锁，这个过程中所有线程需要暂停（STW）。
2.访问对象的 hashCode 也会撤销偏向锁。
3.如果对象虽然被多个线程访问，但没有竞争，这时偏向了线程 T1 的对象仍有机会重新偏向 T2，重偏向会重置对象的 Thread ID。
4.撤销偏向和重偏向都是批量进行的，以类为单位。
5.如果撤销偏向到达某个阈值，整个类的所有对象都会变为不可偏向的。
可以主动使用 -XX:-UseBiasedLocking 禁用偏向锁。

5. 其它优化

1. 减少上锁时间
   同步代码块中尽量短。

2. 减少锁的粒度
   将一个锁拆分为多个锁提高并发度，例如：
   1.ConcurrentHashMap
   2.LongAdder分为base和cells两部分，没有并发争用的时候或者是cells数组正在初始化的时候，会使用 CAS 来累加值到 base，有并发争用，会初始化 cells 数组，数组有多少个 cell，就允许有多少线程并行修改，最后将数组中每个 cell 累加，再加上 base 就是最终的值。
   3.LinkedBlockingQueue 入队和出队使用不同的锁，相对于LinkedBlockingArray只有一个锁效率要高。

3. 锁粗化
   多次循环进入同步块不如同步块内多次循环 另外 JVM 可能会做如下优化，把多次 append 的加锁操作。粗化为一次（因为都是对同一个对象加锁，没必要重入多次）

new StringBuffer().append("a").append("b").append("c");

4. 锁消除
   JVM 会进行代码的逃逸分析，例如某个加锁对象是方法内局部变量，不会被其它线程所访问到，这时候就会被即时编译器忽略掉所有同步操作。
5. 读写分离
   CopyOnWriteArrayList ConyOnWriteSet