＜JavaEE＞ 锁进阶 -- synchronized 的锁优化

2023-12-15 13:10:33

目录

一、如何形容 synchronized 锁

二、锁升级

2.1 偏向锁

2.2 轻量级锁

2.3 重量级锁

三、锁消除

四、锁粗化

一、如何形容 synchronized 锁

synchronized 锁是一个内部优化非常好的锁，大部分情况下这个锁都是适用的。
在初始阶段 synchronized 是一个乐观锁、轻量级锁、自旋锁，随着锁冲突变得更激烈，synchronized 会转换为悲观锁、重量级锁、挂起等待锁。

与此同时，synchronized 还是一个可重入锁、非公平锁、非读写锁。

二、锁升级

synchronized 的加锁过程
无锁偏向锁轻量级锁重量级锁

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JVM 将 synchronized 锁分为 以上四个阶段，会根据实际情况，对锁进行升级。应该注意的是，目前所只能升级，不能降级。

2.1 偏向锁

阶段描述：
当锁第一次被一个线程获取时，优先进入偏向锁状态。
偏向锁并非真的“加锁”，而是在对象头中做一个“偏向锁标记”，记录该锁属于哪个线程。
如果后续没有其他线程竞争该锁，那么该锁不会有后续升级操作，减少了加锁带来的系统开销。
如果后续有其他线程竞争该锁，那么锁会真正的加锁，升级为轻量级锁。由于之前已经记录了该锁属于哪个线程，所以此时锁也是被记录的线程获取的。
这种升级操作实际上属于延迟加锁，不必要不加锁，减少了加锁的系统开销，提高了运行效率。

2.2 轻量级锁

阶段描述：
随着锁竞争的开始，锁将进入轻量级锁的状态，在初始状态是通过自旋锁实现的。
自旋锁是循环不断地让线程尝试获取锁。优点在于当锁被释放，其他线程可以第一时间获取到锁。
而自旋锁的缺点也在于会一直占用CPU资源。synchronized 对此也进行了优化，当自旋达到一定的时间或次数时，就不再自旋了，将转换为挂起等待。
同时，synchronized 内部也会统计当前锁对象有多少线程在竞争，如果锁竞争更加激烈，synchronized 就会从轻量级锁升级为重量级锁。

2.3 重量级锁

阶段描述：
重量级锁是指使用内核提供的 mutex 锁。
mutex 锁执行加锁操作时，会先进入内核态，在内核态判定当前锁是否已经被占用。
如果该锁没有被占用，则加锁成功，并切换回用户态。
如果该锁已经被占用，则加锁失败，线程阻塞等待，直到下一次唤醒。

三、锁消除

什么是锁消除？
锁消除是?synchronized 锁的一种较保守的优化策略，通过编译器和JVM判断锁是否可以消除。
这里的锁消除只会处理一些直接可以判断，完全不涉及线程安全问题的锁，比如在单线程环境下使用 StringBuffer 类中的方法。

四、锁粗化

什么是锁粗化？
这里有一个锁的粒度的概念，可以这么认为：在锁对象代码块中的代码越少则认为锁的粒度越细，反之则是越粗。
实际开发中，使用细粒度的锁，往往是为了锁可以被其他线程及时获取。但有时，可能很长一段时间都没用其他线程来竞争这个锁。
因此，如果一段逻辑中出现多次加锁解锁，根据编译器和JVM的判断会自动对锁进行粗化。
锁粗化是指将多个细粒度的锁合并为一个粗粒度的锁，可以在特定场景下提高程序的执行效率，减小系统开销。

阅读指针 -> 《CAS编程及相关类》

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文章来源:https://blog.csdn.net/zzy734437202/article/details/134933938
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