併發編程之synchronized（二）------jvm對synchronized的優化

1、鎖的粗化

看以下代碼

public class Test {
    StringBuffer stb = new StringBuffer();


    public void test1(){
        //jvm的優化，鎖的粗化
        stb.append("1");

        stb.append("2");

        stb.append("3");

        stb.append("4");
    }

首先咱們要清除StringBuffer是線程安全的，由於它在每個方法上都加了synchronized鎖，下圖是StringBuffer的源碼

 

 按照正常的理解synchronized是對當前對象加鎖，那麼咱們調用了四次append方法，那麼jvm是將這把對象鎖加了四次嗎？以下圖：

 

 那這樣的化，jvm就須要加四次鎖，固然也要釋放四次鎖，頻繁加解鎖引發線程上下文的切換，很是消耗性能，因此jvm作了優化，只加一次鎖，叫作鎖的粗化，能夠理解爲將鎖的顆粒度放大

 2、鎖的消除

如圖看下面代碼

 public void test2(){
        //jvm的優化，JVM不會對同步塊進行加鎖
        synchronized (new Object()) {
            //僞代碼：不少邏輯
            //jvm是否會加鎖？
            //jvm會進行逃逸分析
        }
    }

這個地方加鎖等於沒有加鎖，由於每一個線程都會new object，你們都不會用同一把鎖，jvm分析優化後不會對這種代碼加鎖（逃逸分析），因此，咱們平時加鎖必定要注意，加鎖要加同一把鎖。

3、鎖的膨脹升級

一、鎖的升級

synchronized的鎖的狀態總共有四種，無鎖狀態、偏向鎖、輕量級鎖和重量級鎖。隨着鎖的競爭，鎖能夠從偏向鎖升級到輕量級鎖，再升級的重量級鎖，可是鎖的升級是單向的，也就是說只能從低到高升級，鎖狀態的升級不可逆。

 

 

 

JDK1.6版本以後對synchronized的實現進行了各類優化，如自旋鎖、偏向鎖和輕量級鎖 並默認開啓偏向鎖 開啓偏向鎖：-XX:+UseBiasedLocking -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 關閉偏向鎖：-XX:-UseBiasedLocking。若是直接上來就是重量級鎖，那麼實在是太消耗資源了。

二、鎖的狀態記錄在哪裏

HotSpot虛擬機的對象頭包括兩部分信息，第一部分是「Mark Word」，用於存儲對象自身的運行時數據， 如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態標誌、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時間戳等等，這部分數據的長度在32位和64位的虛擬機（暫 不考慮開啓壓縮指針的場景）中分別爲32個和64個Bits，官方稱它爲「Mark Word」。

 

 三、對鎖的理解：

(1)、偏向鎖,偏向鎖是Java 6以後加入的新鎖，它是一種針對加鎖操做的優化手段，通過研究發現，在大多數狀況下，鎖不只不存在多線程競爭，並且老是由同一線程屢次得到，所以爲了減小同一線程獲取鎖(會涉及到一些CAS操做,耗時)的代價而引入偏向鎖。偏向鎖的核心思想是，若是一個線程得到了鎖，那麼鎖就進入偏向模式，此時Mark Word 的結構也變爲偏向鎖結構，當這個線程再次請求鎖時，無需再作任何同操做，即獲取鎖的過程，這樣就省去了大量有關鎖申請的操做，從而也就提供程序的性能。因此，對於沒有鎖競爭的場合，偏向鎖有很好的優化效果，畢竟極有可能連續屢次是同一個線程申請相同的鎖。可是對於鎖競爭比較激烈的場合，偏向鎖就失效了，由於這樣場合極有可能每次申請鎖的線程都是不相同的，所以這種場合下不該該使用偏向鎖，不然會得不償失，須要注意的是，偏向鎖失敗後，並不會當即膨脹爲重量級鎖，而是先升級爲輕量級鎖。下面咱們接着瞭解輕量級鎖。

（2）輕量級鎖 、假若偏向鎖失敗，虛擬機並不會當即升級爲重量級鎖，它還會嘗試使用一種稱爲輕量級鎖的優化手段(1.6以後加入的)，此時Mark Word 的結構也變爲輕量級鎖的結構。輕量級鎖可以提高程序性能的依據是「對絕大部分的鎖，在整個同步週期內都不存在競爭」，注意這是經驗數據。須要瞭解的是，輕量級鎖所適應的場景是線程交替執行同步塊的場合，若是存在同一時間訪問同一鎖的場合，就會致使輕量級鎖膨脹爲重量級鎖。

（3）自旋鎖輕量級鎖失敗後，虛擬機爲了不線程真實地在操做系統層面掛起，還會進行一項稱爲自旋鎖的優化手段。這是基於在大多數狀況下，線程持有鎖的時間都不會太長，若是直接掛起操做系統層面的線程可能會得不償失，畢竟操做系統實現線程之間的切換時須要從用戶態轉換到核心態，這個狀態之間的轉換須要相對比較長的時間，時間成本相對較高，所以自旋鎖會假設在不久未來，當前的線程能夠得到鎖，所以虛擬機會讓當前想要獲取鎖的線程作幾個空循環(這也是稱爲自旋的緣由)，通常不會過久，多是50個循環或100循環，在通過若干次循環後，若是獲得鎖，就順利進入臨界區。若是還不能得到鎖，那就會將線程在操做系統層面掛起，這就是自旋鎖的優化方式，這種方式確實也是能夠提高效率的。最後沒辦法也就只能升級爲重量級鎖了。

四、鎖的膨脹升級過程

 

 

 

注意一下幾點：

線程1獲取輕量級鎖後會將Object Mark Word 複製本身的一份到本身的棧空間，而後在本身的棧空間開闢一個指針lockerecord 指向Object Mark Word，同時Object Mark Word也會指向lockerecord，當線程1執行完代碼塊釋放輕量級鎖以後，發現Object Mark Word不在指向本身，說明當前鎖已經改成重量級鎖，那麼它會喚醒阻塞隊列中全部線程從新競爭鎖。

總結：偏向鎖，輕量級鎖都是基於Object Mark Word的標記實現，java儘量避免使用重量級鎖。