Java性能之synchronized鎖的優化

時間 2020-08-10

標籤 java 性能 synchronized 優化欄目 Java 简体版

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synchronized / Lock

1.JDK 1.5以前，Java經過synchronized關鍵字來實現鎖功能java

synchronized是JVM實現的內置鎖，鎖的獲取和釋放都是由JVM隱式實現的

2.JDK 1.5，併發包中新增了Lock接口來實現鎖功能數組

提供了與synchronized相似的同步功能，但須要顯式獲取和釋放鎖

3. Lock同步鎖是基於Java實現的，而synchronized是基於底層操做系統的Mutex Lock實現的安全

每次獲取和釋放鎖都會帶來用戶態和內核態的切換，從而增長系統的性能開銷
在鎖競爭激烈的狀況下，synchronized同步鎖的性能很糟糕
在JDK 1.5，在單線程重複申請鎖的狀況下，synchronized鎖性能要比Lock的性能差不少

4.JDK 1.6，Java對synchronized同步鎖作了充分的優化，甚至在某些場景下，它的性能已經超越了Lock同步鎖併發

實現原理

public class SyncTest {
 public synchronized void method1() {
 }
 public void method2() {
 Object o = new Object();
 synchronized (o) {
 }
 }
}
$ javac -encoding UTF-8 SyncTest.java
$ javap -v SyncTest

修飾方法

public synchronized void method1();
 descriptor: ()V
 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
 Code:
 stack=0, locals=1, args_size=1
 0: return

JVM使用ACC_SYNCHRONIZED訪問標識來區分一個方法是否爲同步方法
在方法調用時，會檢查方法是否被設置了ACC_SYNCHRONIZED訪問標識

若是是，執行線程會將先嚐試持有Monitor對象，再執行方法，方法執行完成後，最後釋放Monitor對象

修飾代碼塊

public void method2();
 descriptor: ()V
 flags: ACC_PUBLIC
 Code:
 stack=2, locals=4, args_size=1
 0: new #2 // class java/lang/Object
 3: dup
 4: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
 7: astore_1
 8: aload_1
 9: dup
 10: astore_2
 11: monitorenter
 12: aload_2
 13: monitorexit
 14: goto 22
 17: astore_3
 18: aload_2
 19: monitorexit
 20: aload_3
 21: athrow
 22: return

synchronized修飾同步代碼塊時，由monitorenter和monitorexit指令來實現同步
進入monitorenter指令後，線程將持有該Monitor對象，進入monitorexit指令，線程將釋放該Monitor對象

管程模型

1.JVM中的同步是基於進入和退出管程（Monitor）對象實現的高併發

2.每一個Java對象實例都會有一個Monitor，Monitor能夠和Java對象實例一塊兒被建立和銷燬性能

3.Monitor是由ObjectMonitor實現的，對應ObjectMonitor.hpp優化

4.當多個線程同時訪問一段同步代碼時，會先被放在EntryList中操作系統

5.當線程獲取到Java對象的Monitor時（Monitor是依靠底層操做系統的Mutex Lock來實現互斥的）線程

線程申請Mutex成功，則持有該Mutex，其它線程將沒法獲取到該Mutex

6.進入WaitSet指針

競爭鎖失敗的線程會進入WaitSet
競爭鎖成功的線程若是調用wait方法，就會釋放當前持有的Mutex，而且該線程會進入WaitSet
進入WaitSet的進程會等待下一次喚醒，而後進入EntryList從新排隊

7.若是當前線程順利執行完方法，也會釋放Mutex

8.Monitor依賴於底層操做系統的實現，存在用戶態和內核態之間的切換，因此增長了性能開銷

ObjectMonitor() {
 _header = NULL;
 _count = 0; // 記錄個數
 _waiters = 0,
 _recursions = 0;
 _object = NULL;
 _owner = NULL; // 持有該Monitor的線程
 _WaitSet = NULL; // 處於wait狀態的線程，會被加入 _WaitSet
 _WaitSetLock = 0 ;
 _Responsible = NULL ;
 _succ = NULL ;
 _cxq = NULL ;
 FreeNext = NULL ;
 _EntryList = NULL ; // 多個線程訪問同步塊或同步方法，會首先被加入 _EntryList
 _SpinFreq = 0 ;
 _SpinClock = 0 ;
 OwnerIsThread = 0 ;
 _previous_owner_tid = 0;
}