JVM鎖優(yōu)化

鎖偏向

鎖偏向是一種針對(duì)加鎖操作的優(yōu)化,如果一個(gè)線程獲得了鎖,那么鎖就進(jìn)入偏向模式, 當(dāng)這個(gè)線程再次請(qǐng)求鎖時(shí),無須再做任何同步操作,這樣可以節(jié)省有關(guān)鎖申請(qǐng)的時(shí)間,提高了程序的性能。

鎖偏向在沒有鎖競(jìng)爭(zhēng)的場(chǎng)合可以有較好的優(yōu)化效果,對(duì)于鎖競(jìng)爭(zhēng) 比較激烈的場(chǎng)景,效果不佳, 鎖競(jìng)爭(zhēng)激烈的情況下可能是每次都是不同的線程來請(qǐng)求鎖,這時(shí)偏向模式失效。

量級(jí)鎖

如果鎖偏向失敗,JVM不會(huì)立即掛起線程,還會(huì)使用一種稱為輕量級(jí)鎖的優(yōu)化手段. 會(huì)將對(duì)象的頭部作為指針,指向持有鎖的線程堆棧內(nèi)部, 來判斷一個(gè)線程是否持有對(duì)象鎖. 如果線程獲得輕量級(jí)鎖成功,就進(jìn)入臨界區(qū). 如果獲得輕量級(jí)鎖失敗,表示其他線程搶到了鎖,那么當(dāng)前線程的鎖的請(qǐng)求就膨脹為重量級(jí)鎖.當(dāng)前線程就轉(zhuǎn)到阻塞隊(duì)列中變?yōu)樽枞麪顟B(tài)。

偏向鎖,輕量級(jí)鎖都是樂觀鎖,重量級(jí)鎖是悲觀鎖。

一個(gè)對(duì)象剛開始實(shí)例化時(shí),沒有任何線程訪問它,它是可偏向的,即它認(rèn)為只可能有一個(gè)線程來訪問它,所以當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程來訪問它的時(shí)候,它會(huì)偏向這個(gè)線程. 偏向第一個(gè)線程,這個(gè)線程在修改對(duì)象頭成為偏向鎖時(shí)使用CAS操作,將對(duì)象頭中ThreadId改成自己的ID,之后再訪問這個(gè)對(duì)象時(shí),只需要對(duì)比ID即可. 一旦有第二個(gè)線程訪問該對(duì)象,因?yàn)槠蜴i不會(huì)主動(dòng)釋放,所以第二個(gè)線程可以查看對(duì)象的偏向狀態(tài),當(dāng)?shù)诙€(gè)線程訪問對(duì)象時(shí),表示在這個(gè)對(duì)象上已經(jīng)存在競(jìng)爭(zhēng)了,檢查原來持有對(duì)象鎖的線程是否存活,如果掛了則將對(duì)象變?yōu)闊o鎖狀態(tài),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(zhí)行原來線程的棧,檢查該對(duì)象的使用情況,如果仍然需要偏向鎖,則偏向鎖升級(jí)為輕量級(jí)鎖。

輕量級(jí)鎖認(rèn)為競(jìng)爭(zhēng)存在,但是競(jìng)爭(zhēng)的程度很輕,一般兩個(gè)線程對(duì)同一個(gè)鎖的操作會(huì)錯(cuò)開,或者稍微等待一下(自旋)另外一個(gè)線程就會(huì)釋放鎖. 當(dāng)自旋超過一定次數(shù),或者一個(gè)線程持有鎖,一個(gè)線程在自旋,又來第三個(gè)線程訪問時(shí), 輕量級(jí)鎖會(huì)膨脹為重量級(jí)鎖, 重量級(jí)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(shí)的層面被掛起,JVM還會(huì)做最后的努力,這就是自旋鎖. 當(dāng)前線程無法立即獲得鎖,但是在什么時(shí)候可以獲得鎖也不一定, 也許在幾個(gè)CPU周期后就可以得到鎖, 如果是這樣的話,簡(jiǎn)單的將線程掛起可能是一種得不償失的操作. 因此JVM會(huì)進(jìn)行一次賭注: JVM期望在不久的將來可以得到鎖. 因?yàn)镴VM會(huì)讓當(dāng)前的線程做幾個(gè)空循環(huán),在經(jīng)過若干次循環(huán)后,如果可以得到鎖就進(jìn)入臨界區(qū),如果還不能得到鎖則將線程真實(shí)的掛起。

鎖消除

鎖消除是一種更徹底的鎖優(yōu)化, JVM在JIT編譯時(shí),會(huì)通過掃描上下文,去除不可能存在共享資源競(jìng)爭(zhēng)的鎖, 通過鎖消除,可以節(jié)省毫無意義的請(qǐng)求鎖時(shí)間。