Java的无锁编程和锁优化

在这篇文章里面已经提到了三件事情：1、Peterson 算法，2、ConcurrentHashMap，3、无锁编程的初识。

 

如果站在语言层面之上，仅从设计的层面看，可以避免锁的思路至少包括：

1、单线程来主导行为，多线程池化操作避开状态变量。

比如在一个WEB应用中，每一个Action都可以给相应的用户线程分配一个实例，线程之间互不干扰；但是到了业务逻辑Service内，避开Service状态变量的使用，减少了开发人员对并发编程的关注。

2、函数式编码。

函数式编码是最天然的和最高效的免锁方式，如果你对函数式编码还不了解，请参看这篇文章。

3、资源局部复制、异步处理。

总所周知对资源的争夺是造成锁的一个重要原因，在很多情况下，资源只能有一份，但是对使用资源的每个线程来说，都可以看到属于它自己的一份（这一份并非是真正的资源，很可能只是一个缓冲区，每个线程使用它自己的一个缓冲区，到一定程度时将缓冲区的数据处理到唯一资源中，这就减少了需要加锁对线程的影响），无需考虑并发地去使用。

 

Java的锁操作和锁优化：

锁自旋

线程要进入阻塞状态，肯定需要调用操作系统的函数来完成从用户态进入内核态的过程，这一步通常是性能低下的。

那么在遇到锁的争用时，或许等待线程可以不那么着急进入阻塞状态，而是等一等，看看锁是不是马上就释放了，这就是锁自旋。锁自旋在多处理器上有重要价值。

当然锁自旋也带来了一些问题，比如如何判断自旋周期，如何确定自旋锁的个数，如何处理线程优先级差异等。

 

锁偏向

锁偏向是JDK1.6引入的，主要为了解决在没有竞争情况下锁的性能问题。

锁都是可重入的，在已经获得锁的情况下，该线程可以多次锁住该对象，但是每次执行这样的操作会因为CAS（CPU的Compare-And-Swap指令）操作而造成一些开销，为了减少这种开销，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。

 

锁消除

（JDK1.6）锁削除是指虚拟机即时编译器在运行时，对一些代码上要求同步，但是被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行削除。

 

锁膨胀

（JDK1.6）和数据库中的锁升级有些相似，多个或多次调用粒度太小的锁，进行加锁解锁的消耗，反而还不如一次大粒度的锁调用来得高效，因此JVM可将锁的范围优化到更大的区域。

 

轻量级锁

（JDK1.6）轻量级锁能提升程序同步性能的依据是“对于绝大部分的锁，在整个同步周期内都是不存在竞争的”，这是一个经验数据。轻量级锁在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录的空间，用于存储锁对象目前的指向和状态。如果没有竞争，轻量级锁使用CAS操作避免了使用互斥量的开销，但如果存在锁竞争，除了互斥量的开销外，还额外发生了CAS操作，因此在有竞争的情况下，轻量级锁会比传统的重量级锁更慢。