JVM鎖優化

鎖偏向

鎖偏向是一種針對加鎖操作的優化,如果一個線程獲得了鎖,那么鎖就進入偏向模式, 當這個線程再次請求鎖時,無須再做任何同步操作,這樣可以節省有關鎖申請的時間,提高了程序的性能。

鎖偏向在沒有鎖競爭的場合可以有較好的優化效果,對于鎖競爭 比較激烈的場景,效果不佳, 鎖競爭激烈的情況下可能是每次都是不同的線程來請求鎖,這時偏向模式失效。

量級鎖

如果鎖偏向失敗,JVM不會立即掛起線程,還會使用一種稱為輕量級鎖的優化手段. 會將對象的頭部作為指針,指向持有鎖的線程堆棧內部, 來判斷一個線程是否持有對象鎖. 如果線程獲得輕量級鎖成功,就進入臨界區. 如果獲得輕量級鎖失敗,表示其他線程搶到了鎖,那么當前線程的鎖的請求就膨脹為重量級鎖.當前線程就轉到阻塞隊列中變為阻塞狀態。

偏向鎖,輕量級鎖都是樂觀鎖,重量級鎖是悲觀鎖。

一個對象剛開始實例化時,沒有任何線程訪問它,它是可偏向的,即它認為只可能有一個線程來訪問它,所以當第一個線程來訪問它的時候,它會偏向這個線程. 偏向第一個線程,這個線程在修改對象頭成為偏向鎖時使用CAS操作,將對象頭中ThreadId改成自己的ID,之后再訪問這個對象時,只需要對比ID即可. 一旦有第二個線程訪問該對象,因為偏向鎖不會主動釋放,所以第二個線程可以查看對象的偏向狀態,當第二個線程訪問對象時,表示在這個對象上已經存在競爭了,檢查原來持有對象鎖的線程是否存活,如果掛了則將對象變為無鎖狀態,然后重新偏向新的線程; 如果原來的線程依然存活,則馬上執行原來線程的棧,檢查該對象的使用情況,如果仍然需要偏向鎖,則偏向鎖升級為輕量級鎖。

輕量級鎖認為競爭存在,但是競爭的程度很輕,一般兩個線程對同一個鎖的操作會錯開,或者稍微等待一下(自旋)另外一個線程就會釋放鎖. 當自旋超過一定次數,或者一個線程持有鎖,一個線程在自旋,又來第三個線程訪問時, 輕量級鎖會膨脹為重量級鎖, 重量級鎖除了持有鎖的線程外,其他的線程都阻塞。

自旋鎖

鎖膨脹后,JVM為了避免線程在真實的層面被掛起,JVM還會做最后的努力,這就是自旋鎖. 當前線程無法立即獲得鎖,但是在什么時候可以獲得鎖也不一定, 也許在幾個CPU周期后就可以得到鎖, 如果是這樣的話,簡單的將線程掛起可能是一種得不償失的操作. 因此JVM會進行一次賭注: JVM期望在不久的將來可以得到鎖. 因為JVM會讓當前的線程做幾個空循環,在經過若干次循環后,如果可以得到鎖就進入臨界區,如果還不能得到鎖則將線程真實的掛起。

鎖消除

鎖消除是一種更徹底的鎖優化, JVM在JIT編譯時,會通過掃描上下文,去除不可能存在共享資源競爭的鎖, 通過鎖消除,可以節省毫無意義的請求鎖時間。