锁优化

1. 自旋锁与自适应自旋

• 为了让线程等待,我们只须让线程执行一个忙循环(自旋)。自旋等待不能代替阻塞,如果锁被占用的时间很短,自旋等待的效果就会非常好,反之如果锁被占用的时间很长这就会带来性能的浪费。因此自旋等待的时间必须有一定的限度,如果自旋超过了限定的次数仍然没有成功获得锁,就应当使用传统的方式去挂起线程。
• 自适应意味着自旋的时间不再是固定的了,而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定的。

2. 锁消除

锁消除是指对一些代码要求同步,但是对被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行消除。判定依据来源于逃逸分析。如果判断到一段代码中,在堆上的所有数据都不会逃逸出去被其他线程访问到,那就可以把它们当作栈上数据对待,认为它们是线程私有的,同步加锁自然就无须再进行。

3. 锁粗化

如果有一串零碎的操作都对同一个对象加锁,将会把加锁同步的范围扩展(粗化)到整个操作序列的外部。

4. 轻量级锁

代码即将进入同步块的时候,如果此同步对象没有被锁定(锁标志位为“01”状态),在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录(Lock Record)的空间,用于存储锁对象目前的Mark Word的拷贝,然后将使用CAS操作尝试把对象的Mark Word更新为指向Lock Record的指针。
如果这个更新动作成功了,即代表该线程拥有了这个对象的锁,并且对象Mark Word的锁标志位将转变为“00”,表示此对象处于轻量级锁定状态。
如果这个更新操作失败了,那就意味着至少存在一条线程与当前线程竞争获取该对象的锁。虚拟机首先会检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧,如果是,说明当前线程已经拥有了这个对象的锁,那直接进入同步块继续执行就可以了,否则就说明这个锁对象已经被其他线程抢占了。如果出现两条以上的线程争用同一个锁的情况,那轻量级锁就不再有效,必须要膨胀为重量级锁,锁标志的状态值变为“10”,此时Mark Word中存储的就是指向重量级锁(互斥量)的指针,后面等待锁的线程也必须进入阻塞状态。

5. 偏向锁

消除数据在无竞争情况下的同步原语。这个锁会偏向于第一个获得它的线程,如果在接下来的执行过程中,该锁一直没有被其他的线程获取,则持有偏向锁的线程将永远不需要再进行同步。

当锁对象第一次被线程获取的时候,虚拟机将会把对象头中的标志位设置为“01”、把偏向模式设置为“1”,表示进入偏向模式。同时使用CAS操作把获取到这个锁的线程的ID记录在对象的Mark Word之中。如果CAS操作成功,持有偏向锁的线程以后每次进入这个锁相关的同步块时,虚拟机都可以不再进行任何同步操作。
一旦出现另外一个线程去尝试获取这个锁的情况,偏向模式就马上宣告结束。根据锁对象目前是否处于被锁定的状态决定是否撤销偏向(偏向模式设置为“0”),撤销后标志位恢复到未锁定(标志位为“01”)或轻量级锁定(标志位为“00”)的状态,后续的同步操作就按照上面介绍的轻量级锁那样去执行。