双非本科准备秋招（19.1）—

双非本科准备秋招（19.1）—— Synchronized优化

news2024/11/15 23:32:30

轻量级锁

流程

一个对象虽然有多线程加锁，但是加锁时间是错开的，那么可以用轻量级锁优化。

语法还是synchronized，只是对使用者是透明的。

static final Object obj = new Object();
public static void method1() {
    synchronized( obj ) {
        // 同步块 A
        method2();
    }
}
public static void method2() {
    synchronized( obj ) {
        // 同步块 B
    }
}

首先，会先创建锁记录（Lock Record）对象，每个线程的栈帧都会包含一个锁记录的结构，内部可以存储锁定对象的 Mark Word。

然后，让锁记录中 Object reference 指向锁对象，并尝试用 cas 替换 Object 的 Mark Word，将 Mark Word 的值存入锁记录

替换分为成功和失败：

替换成功：

锁记录中存储了对象的MarkWord，00代表轻量级锁，01代表无锁。

替换失败：

如果是其它线程已经持有了该 Object 的轻量级锁，这时表明有竞争，进入锁膨胀过程
如果是自己执行了 synchronized 锁重入，那么再添加一条 Lock Record 作为重入的计数

当解锁时，如果有取值为 null 的锁记录，表示有重入，这时重置锁记录，表示重入计数减一

如果锁记录的值不为 null，这时使用 cas 将 Mark Word 的值恢复给对象头。

替换也分为成功失败。

成功，则解锁成功
失败，说明轻量级锁进行了锁膨胀或已经升级为重量级锁，进入重量级锁解锁流程

锁膨胀

如果尝试加轻量级锁无法成功，一种情况是有竞争，这时需要进行锁膨胀，将轻量级锁变为重量级锁。

假设锁对象是Object，那就会为 Object 对象申请 Monitor 锁，让 Object 指向重量级锁地址

然后自己这个线程进入 Monitor 的 EntryList ，被阻塞。

当获得锁的那个线程解锁时，将 Mark Word 的值恢复给对象头，会失败（因为锁对象指向了Monitor，而不是交换的MarkWord值）。这时会进入重量级解锁流程，即按照 Monitor 地址找到 Monitor 对象，设置 Owner 为 null，唤醒 EntryList 中的线程。

自旋优化

重量级锁竞争的时候，还可以使用自旋来进行优化，自旋成功可以避免阻塞。

自旋会占用 CPU 时间，单核 CPU 自旋就是浪费（单线程你旋个鸟，老老实实阻塞就行），多核 CPU 自旋才能发挥优势。

在 Java 6 之后自旋锁是自适应的，比较智能，会根据实际情况改变自旋次数。

Java 7 之后不能控制是否开启自旋功能，也就是底层实现，与我们程序员无关了。

偏向锁

轻量级锁在没有竞争时，每次重入仍然需要执行 CAS 操作，偏向锁就是为了解决重入问题的。

Java 6 中引入了偏向锁：只有第一次使用 CAS 将线程 ID 设置到对象的 Mark Word ，之后发现这个线程 ID 是自己的就表示没有竞争，不用重新 CAS。

static final Object obj = new Object();
public static void m1() {
    synchronized( obj ) {
        // 临界区
        m2();
    }
}
public static void m2() {
    synchronized( obj ) {
        // 临界区
        m3();
    }
}
public static void m3() {
    synchronized( obj ) {
        // 临界区
    }
}

轻量级锁流程如下：