閱讀筆記八一——java中的鎖原理鎖優化

1、爲何要用鎖？

鎖-是爲了解決併發操做引發的髒讀、數據不一致的問題。

 

2、鎖實現的基本原理

2.1、volatile

Java編程語言容許線程訪問共享變量， 爲了確保共享變量能被準確和一致地更新，線程應該確保經過排他鎖單獨得到這個變量。Java語言提供了volatile，在某些狀況下比鎖要更加方便。

 

volatile在多處理器開發中保證了共享變量的「 可見性」。可見性的意思是當一個線程修改一個共享變量時，另一個線程能讀到這個修改的值。

 

 

 

結論：若是volatile變量修飾符使用恰當的話，它比synchronized的使用和執行成本更低，由於它不會引發線程上下文的切換和調度。

 

2.2、synchronized

synchronized經過鎖機制實現同步。

 

先來看下利用synchronized實現同步的基礎：Java中的每個對象均可以做爲鎖。

 

具體表現爲如下3種形式。

 

對於普通同步方法，鎖是當前實例對象。

 

對於靜態同步方法，鎖是當前類的Class對象。

 

對於同步方法塊，鎖是Synchonized括號裏配置的對象。

 

當一個線程試圖訪問同步代碼塊時，它首先必須獲得鎖，退出或拋出異常時必須釋放鎖。

 

2.2.1 synchronized實現原理

synchronized是基於Monitor來實現同步的。

 

Monitor從兩個方面來支持線程之間的同步：

 

互斥執行

 

協做

 

1、Java 使用對象鎖 ( 使用 synchronized 得到對象鎖 ) 保證工做在共享的數據集上的線程互斥執行。

 

2、使用 notify/notifyAll/wait 方法來協同不一樣線程之間的工做。

 

3、Class和Object都關聯了一個Monitor。

 

 

 

Monitor 的工做機理

 

線程進入同步方法中。

 

爲了繼續執行臨界區代碼，線程必須獲取 Monitor 鎖。若是獲取鎖成功，將成爲該監視者對象的擁有者。任一時刻內，監視者對象只屬於一個活動線程（The Owner）

 

擁有監視者對象的線程能夠調用 wait() 進入等待集合（Wait Set），同時釋放監視鎖，進入等待狀態。

 

其餘線程調用 notify() / notifyAll() 接口喚醒等待集合中的線程，這些等待的線程須要從新獲取監視鎖後才能執行 wait() 以後的代碼。

 

同步方法執行完畢了，線程退出臨界區，並釋放監視鎖。

 

參考文檔：https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-synchronized

 

2.2.2 synchronized具體實現

1、同步代碼塊採用monitorenter、monitorexit指令顯式的實現。

 

2、同步方法則使用ACC_SYNCHRONIZED標記符隱式的實現。

 

經過實例來看看具體實現：

 

public class SynchronizedTest {

 

  public synchronized void method1(){

       System.out.println("Hello World!");

 }

  public void method2(){

           synchronized (this){

              System.out.println("Hello World!");

          }

   }

}

 

2.2.3 synchronized的鎖優化

JavaSE1.6爲了減小得到鎖和釋放鎖帶來的性能消耗，引入了「偏向鎖」和「輕量級鎖」。

 

在JavaSE1.6中，鎖一共有4種狀態，級別從低到高依次是：無鎖狀態、偏向鎖狀態、輕量級鎖狀態和重量級鎖狀態，這幾個狀態會隨着競爭狀況逐漸升級。

 

鎖能夠升級但不能降級，意味着偏向鎖升級成輕量級鎖後不能降級成偏向鎖。這種鎖升級卻不能降級的策略，目的是爲了提升得到鎖和釋放鎖的效率。

 

偏向鎖：

無鎖競爭的狀況下爲了減小鎖競爭的資源開銷，引入偏向鎖。

 

 

 

輕量級鎖：

輕量級鎖所適應的場景是線程交替執行同步塊的狀況。

 

鎖粗化（Lock Coarsening）：也就是減小沒必要要的緊連在一塊兒的unlock，lock操做，將多個連續的鎖擴展成一個範圍更大的鎖。

 

鎖消除（Lock Elimination）：鎖削除是指虛擬機即時編譯器在運行時，對一些代碼上要求同步，可是被檢測到不可能存在共享數據競爭的鎖進行削除。

 

適應性自旋（Adaptive Spinning）：自適應意味着自旋的時間再也不固定了，而是由前一次在同一個鎖上的自旋時間及鎖的擁有者的狀態來決定。若是在同一個鎖對象上，自旋等待剛剛成功得到過鎖，而且持有鎖的線程正在運行中，那麼虛擬機就會認爲此次自旋也頗有可能再次成功，進而它將容許自旋等待持續相對更長的時間，好比100個循環。另外一方面，若是對於某個鎖，自旋不多成功得到過，那在之後要獲取這個鎖時將可能省略掉自旋過程，以免浪費處理器資源。