Java 虛擬機(jī)對(duì)鎖優(yōu)化所做的努力

ralap 發(fā)布于2019-08-19 11:02 / 2396人閱讀

摘要：自選鎖鎖膨脹后，虛擬機(jī)為了避免線程真實(shí)地在操作系統(tǒng)層面掛起，虛擬機(jī)還會(huì)在做最后的努力自選鎖。

作為一款公用平臺(tái)，JDK 本身也為并發(fā)程序的性能絞盡腦汁，在 JDK 內(nèi)部也想盡一切辦法提供并發(fā)時(shí)的系統(tǒng)吞吐量。這里，我將向大家簡單介紹幾種 JDK 內(nèi)部的 "鎖" 優(yōu)化策略。

1、鎖偏向

鎖偏向是一種針對(duì)加鎖操作的優(yōu)化手段。

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)線程再次請求鎖時(shí)，無須再做任何同步操作。這樣就節(jié)省了大量有關(guān)鎖申請的操作，從而提高了程序性能。因此，對(duì)于幾乎沒有鎖競爭的場合，偏向鎖有比較紅啊的優(yōu)化效果，因?yàn)檫B續(xù)多次極有可能是同一個(gè)線程請求相同的鎖。而對(duì)于鎖競爭比較激烈的場合，其效果不佳。因?yàn)樵诟偁幖ち业膱龊希钣锌赡艿那闆r是每次都是不同的線程來請求相同的鎖。

2、輕量級(jí)鎖

如果偏向鎖失敗，即上一個(gè)請求的鎖的線程和這個(gè)線程不是同一個(gè)。偏向鎖失敗意味者不能避免做同步操作。此時(shí)，虛擬機(jī)并不會(huì)立即掛起線程。他會(huì)使用一種成為輕量級(jí)鎖的優(yōu)化手段。輕量級(jí)鎖的操作也很方便，它只是簡單地將對(duì)象頭部作為指針，指向蚩尤鎖的線程堆棧的內(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，則可以順利進(jìn)入臨界區(qū)。如果輕量級(jí)鎖失敗，則表示其他線程搶先爭奪了鎖，那么當(dāng)前線程的鎖請求就會(huì)膨脹為重量級(jí)鎖。

3、自選鎖

鎖膨脹后，虛擬機(jī)為了避免線程真實(shí)地在操作系統(tǒng)層面掛起，虛擬機(jī)還會(huì)在做最后的努力–自選鎖。由于當(dāng)前線程暫時(shí)無法獲得鎖，但是什么時(shí)候可以獲得鎖是一個(gè)未知數(shù)。也許在CPU幾個(gè)時(shí)鐘周期后，就可以得到鎖。如果這樣，簡單粗暴的掛起線程可能是一種得不償失的操作，因此系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行一次賭注：它會(huì)假設(shè)在不久的將來，線程可以得到這把鎖。因此虛擬機(jī)讓當(dāng)前線程做個(gè)空循環(huán)，在經(jīng)過若干次循環(huán)后，如果可以得到鎖，那么就順利進(jìn)入臨界區(qū)。如果還不能得到鎖，才會(huì)真實(shí)地將線程在操作系統(tǒng)層面掛起。

4、鎖消除

鎖消除是一種更徹底的鎖優(yōu)化。Java虛擬機(jī)在JIT編譯時(shí)，通過對(duì)運(yùn)行上下文的掃描，去除不可能存在共享資源競爭的鎖。通過鎖消除，可以節(jié)省毫無意義的請求鎖時(shí)間。

下面這種這種情況，我們使用vector，而vector內(nèi)部使用了synchronize請求鎖。

public String []  createStrings(){
    Vector  v= new Vector();
    for(int i=0;i<100;i++){
        v.add(Integer.toString(i));
    }
    return v.toArray(new String[]{});
}

由于V只在函數(shù) createStrnigs 中使用，因此它只是一個(gè)單純的局部變量。局部變量是在線程棧上分配的，屬于線程私有額數(shù)據(jù)，因此不可能被其他線程訪問。所以，在這種情況下，Vector內(nèi)部所有加鎖同步都是沒有必要的。如果虛擬機(jī)檢測到這種情況，就會(huì)將這些無用的鎖操作去除。

鎖消除涉及的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)為逃逸分析。所謂逃逸分析就是觀察某一個(gè)變量是否會(huì)逃出某一個(gè)作用域。在本例中，變量v顯然沒有逃出createString 函數(shù)之外。以此為基礎(chǔ)，虛擬機(jī)才可以大膽的將v內(nèi)部的加鎖操作去除。如果createStrings 返回的不是String數(shù)組，而是v本身，那么就認(rèn)為變量v逃逸出了當(dāng)前函數(shù)，也就是說v有可能被其他線程訪問。如是這樣，虛擬機(jī)就不能消除v中的鎖操作。

逃逸分析必須在 -server 模式下進(jìn)行，可以使用 -XX:DoEscapeAnalysis 參數(shù)打開逃逸分析，使用 -XX:+EliminateLocks 參數(shù)可以打開鎖消除。

本文摘自《Java高并發(fā)程序設(shè)計(jì)》一書。

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