Java并发编程—锁升级-创新互联

文章目录

• 锁升级原理
• 锁的升级的目的
• 锁的四种状态
• 偏向锁
• 轻量级锁
• 重量级锁
• 轻量级锁和重量级锁的对比
• 偏向锁的设置
• • 开启偏向锁的方式：
• 自旋锁自旋多少次竞争不到后会升级到重量级锁？
• 为什么有了自旋锁还需要重量级锁？
• 偏向锁是否一定比自旋锁效率高？

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• 锁一开始并不是进入到重量级状态，一开始是在推广阶段是偏向锁，再升级到轻量级锁，再升级到重量级锁。在推广阶段请求较少，用偏向锁就能满足要求

synchronized锁升级原理：
在锁对象的对象头里面有一个threadid字段，在第一次访问的时候threadid为空， jvm 让其持有偏向锁,并将threadid 设置为其线程id，再次进入的时候会先判断。threadid是否与其线程id一致，如果一致则可以直接使用此对象，如果不一致，则升级偏向锁为轻量级锁，通过自旋循环一定次数来获取锁，执行一定次数之后，如果还没有正常获取到要使用的对象，此时就会把锁从轻量级升级为重量级锁!此过程就构成了synchronized锁的升级。

锁的升级的目的

锁的升级的目的：
锁升级是为了减低了锁带来的性能消耗。在Java 6之后优化 synchronized的实现方式，使用了偏向锁升级为轻量级锁再升级到重量级锁的方式，从而减低了锁带来的性能消耗。

锁的四种状态

上面讲到锁有四种状态，并且会因实际情况进行膨胀升级，其膨胀方向是:
无锁——>偏向锁——>轻量级锁——>重量级锁，并且膨胀方向不可逆。

偏向锁

一句话总结它的作用： 减少统一线程获取锁的代价。在大多数情况下，锁不存在多线程竞争，总是由同一线程多次获得，那么此时就是偏向锁。

• 优点： 加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法相比仅存在纳秒级别的差距
• 缺点： 如果线程之间存在竞争，会带来额外的锁撤销的消耗
• 使用场景： 适用于一个线程访问同步块的场景
• 核心思想： 如果一个线程获得了锁，那么锁就进入偏向模式，此时Mark word的结构也就变为偏向锁结构，当该线程再次请求锁时，无需再做任何同步操作，即获取锁的过程只需要检查Mark word的锁标记位为偏向锁以及当前线程ID等于Mark word的ThreadID即可，这样就省去了大量有关锁申请的操作。

轻量级锁

• 轻量级锁是由偏向锁升级而来，当存在第二个线程申请同一个锁对象时，偏向锁就会立即升级为轻量级锁。
• 注意这里的第二个线程只是申请锁，不存在两个线程同时竞争锁，可以是一前一后地交替执行同步块。
• 自旋： 没有竞争到资源的锁，在极短的时间内查看一次资源
• 好处： 加锁的速度快，能立刻查看到资源被解锁并加上锁
• 缺点： 没竞争到资源的线程也会自旋，会浪费cpu开销，损害cpu利用率
• 使用场景： 自旋锁适合线程较少，少量并发的操作，因为这样浪费的自旋操作少

重量级锁

• 重量级锁是由轻量级锁升级而来，当同一时间有多个线程竞争锁时，锁就会被升级成重量级锁，此时其申请锁带来的开销也就变大。
• 流程： 竞争成功的加锁，竞争失败的进入阻塞队列不参与竞争，cpu全力执行竞争成功的任务，这样cpu利用率比较高；释放锁之后会发一个通知，阻塞队列的线程出来进入就绪队列，再一次进行竞争，竞争失败的再进入阻塞队列。
• 好处： 竞争失败的不会浪费cpu，并发量多的时候，使用重量级锁，cpu浪费率比较低，整体性能更好一些；重量级锁几乎很少导致cpu浪费
• 缺点： 线程阻塞，响应时间慢。
• 使用场景： 适合线程很多，并发很多，追求吞吐量，同步块或者同步方法执行时间较长的场景。

轻量级锁和重量级锁的对比

• 轻量级锁竞争的线程不会阻塞，提高程序响应速度；竞争不到线程的锁也会自旋，会消耗cpu；适合追求响应时间快或同步块执行速度快的场景。
• 重量级锁线程竞争失败的会阻塞，不会自旋，不会消耗cpu；线程阻塞后，之前竞争成功的线程在锁释放后需要通知被阻塞的线程，响应时间变慢；适合追求吞吐量或同步块执行速度较长的场景。

偏向锁的设置 开启偏向锁的方式：

—个对象创建时:

• 如果开启了偏向锁（默认开启），那么对象创建后，markword值为0x05即最后3位为101，这时它的thread、epoch、age都为0。
• 偏向锁是默认是延迟的，不会在程序启动时立即生效，如果想避免延迟，可以加VM参数-xx:BiasedLockingStartupDelay=e来禁用延迟。
• 如果没有开启偏向锁，那么对象创建后，markword值为0x01即最后3位为001，这时它的 hashcode,age都为0，第一次用到hashcode时才会赋值。
  禁用偏向锁：
  VM 参数 -XX:-UseBiasedLocking
  特殊情况:
  调用 对象的hashcode方法时,偏向锁也会被禁用. 这是因为调用了对象的 hashCode，但偏向锁的对象 MarkWord 中存储的是线程 id(54位)，如果调用 hashCode(31位) 会导致偏向锁被撤销。
  撤销 - 其它线程使用对象:
  当有其它线程使用偏向锁对象时，会将偏向锁升级为轻量级锁。
  批量撤销:
  当撤销偏向锁阈值超过 40 次后，jvm 会这样觉得，自己确实偏向错了，根本就不该偏向。于是整个类的所有对象 都会变为不可偏向的，新建的对象也是不可偏向的。

自旋锁自旋多少次竞争不到后会升级到重量级锁？

• Java6之前：默认10次或者cpu核数的一半
• Java6之后：根据同一个线程上次自旋的时间决定

为什么有了自旋锁还需要重量级锁？

自旋是消耗cpu性能的，如果时间过长或者自旋线程过多，cpu会被大量消耗重量级锁中有队列waitSet

偏向锁是否一定比自旋锁效率高？

• 单线程的时候偏向锁效率高
• 多个线程的时候偏向锁会涉及锁撤销，消耗资源，这时自旋锁效率高

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