synchronized鎖是啥?鎖其實就是一個對象,隨便哪一個都可以,Java中所有的對象都是鎖,換句話説,Java中所有對象都可以成為鎖。 這次我們主要聊的是synchronized鎖升級的套路
synchronized會經歷四個階段:無鎖狀態、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖 依次從耗費資源最少,性能最高,到耗費資源多,性能最差。
鎖原理
先看看這些狀態的鎖為什麼稱之為鎖,他們的互斥原理是啥。
偏向鎖
當一個線程到達同步代碼塊,嘗試獲取鎖對象的時候,會查看對象頭中的MarkWord裏的線程ID,如果這裏沒有ID則將自己的保存進去,拿到鎖。若是有,則查看是否是當前線程,如果不是,就CAS嘗試改,如果是,就已經拿到了鎖資源。
這裏詳細説説CAS嘗試修改的邏輯:它會檢查持有偏向鎖的線程狀態。首先遍歷當前JVM的所有存活的線程,如果能找到偏向的線程,則説明偏向的線程還存活,此時會檢查線程是否在執行同步代碼塊中的代碼,如果是,則升級為輕量級鎖,去繼續進行CAS競爭鎖。所以加了偏向鎖之後,同時只有一個線程可以拿到鎖執行同步代碼塊中的代碼。
輕量級鎖
查看對象頭中的MarkWord裏的Lock Record指針指向的是否是當前線程的虛擬機棧,如果是,拿鎖執行業務,如果不是則進行CAS,嘗試修改,若是修改幾次都沒有成功,再升級到重量級鎖。
重量級鎖
查看對象頭中的MarkWord裏的指向的ObjectMonitor,查看owner是否是當前線程,如果不是,扔到ObjectMonitor裏的EntryList中排隊,並掛起線程,等待被喚醒。
鎖升級
無鎖
一般情況下,新new出來的一個對象,暫時就是無鎖狀態。因為偏向鎖默認是有延遲的,在啓動JVM的前4s中,不存在偏向鎖,但是如果關閉了偏向鎖延遲的設置,new出來的對象,就會添加一個匿名偏向鎖。也就是説這個對象想找一個線程去增加偏向鎖,但是沒有找到,稱之為匿名偏向。存儲的線程ID為一堆0000,也沒有任何地址信息。
我們可以通過以下配置關閉偏向鎖延遲。
java複製代碼//關閉偏向鎖延遲的指令
-XX:BiasedLockingStartuoDelay=0
偏向鎖
當某一個線程來獲取這個鎖資源時,此時會成功獲取到,就會變為偏向鎖,偏向鎖存儲線程的ID。
當偏向鎖升級時,會觸發偏向鎖撤銷,偏向鎖撤銷需要等到一個安全點,比如GC的時候,偏向鎖撤銷的成本太高,所以默認開始時,會做偏向鎖延遲。若是直接有多個線程競爭,會跳過偏向鎖,直接變為輕量級鎖。
細説一下偏向鎖撤銷的過程,成本為啥高呢?當一個線程拿到偏向鎖之後,會把鎖的對象頭的Mark Work中的線程id指向自己,當又有一個線程來了進行爭搶導致鎖升級的的時候,會暫停之前拿到偏向鎖的線程,然後清空Mark Work中的線程id,增加一個輕量級鎖,然後再恢復暫停的線程繼續執行。這也是為什麼等到安全點再執行鎖升級的原因,因為要暫停線程。
常見的安全點:
執行GC的時候
方法返回之前
調用某個方法之後
拋出異常的位置
一個循環的末尾
輕量級鎖
當在出現了多個線程的競爭,就會升級為輕量級鎖,輕量級鎖的效果就是基於CAS嘗試獲取鎖資源,這裏會用到自適應自旋鎖,根據上次CAS成功與否,耗費的時間,決定這次自旋多少次。
輕量級鎖適用於競爭不是很激烈的場景,一個線程拿到鎖,執行同步代碼塊,很快就處理完了。再來一個線程嘗試一兩次也拿到了鎖,再去執行,不會讓一個線程等待很久。
重量級鎖
如果到了重量級鎖,那就沒啥説的了,如果有線程持有鎖,其他想拿鎖的就掛起,等待鎖釋放後被依次喚醒。
鎖粗化&鎖消除
鎖粗化/鎖膨脹
鎖膨脹是編譯Java文件的時候,JIT幫我們做的優化,它會減少鎖的獲取和釋放次數。
比如:
java複製代碼while(){
synchronized(){
// 多次的獲取和釋放,成本太高,會被優化為下面這種
}
}
synchronized(){
while(){
// 拿到鎖後執行循環,只加鎖和釋放一次
}
}
鎖消除:
鎖消除則是在一個加鎖的同步代碼塊中,沒有任何共享資源,也不存在鎖競爭的情況,JIT編譯時,就直接將鎖的指令優化掉。
比如
java複製代碼synchronized(){
int a = 1;
a++;
//操作局部變量的邏輯
}