Jvm知识学习（九）-锁

一，线程安全

1，示例说明： 多线程网站统计访问人数 

使用锁，维护计数器的串行访问与安全性

多线程访问ArrayList

代码：

public static List<Integer> numberList =new ArrayList<Integer>();

public static class AddToList implements Runnable{

  int startnum=0;

  public AddToList(int startnumber){

  startnum=startnumber;

  }

  @Override

  public void run() {

  int count=0;

  while(count<1000000){

  numberList.add(startnum);

  startnum+=2;

  count++;

  }

  }

}

运行结果：

解释说明：出现错误，你因为列表在增加长度时，同时被另一个线程访问，最终输出的数据也表明代码存在线程安全问题。

二，对象头Mark

解释：Mark Word，对象头的标记，32位 ， 描述对象的hash、锁信息，垃圾回收标记，年龄 

记录的信息：指向锁记录的指针 ， 指向monitor的指针 ， GC标记 ， 偏向锁线程ID等。 

三，不是Java语言层面的几种锁

1，偏向锁

大部分情况是没有竞争的，所以可以通过偏向来提高性能

所谓的偏向，就是偏心，即锁会偏向于当前已经占有锁的线程

将对象头Mark的标记设置为偏向，并将线程ID写入对象头Mark

只要没有竞争，获得偏向锁的线程，在将来进入同步块，不需要做同步

当其他线程请求相同的锁时，偏向模式结束

-XX:+UseBiasedLocking

默认启用

在竞争激烈的场合，偏向锁会增加系统负担

示例：

2，轻量级锁

BasicObjectLock ： 嵌入在线程栈中的对象 

普通的锁处理性能不够理想，轻量级锁是一种快速的锁定方法。

如果对象没有被锁定

将对象头的Mark指针保存到锁对象中

将对象头设置为指向锁的指针（在线程栈空间中）

如果轻量级锁失败，表示存在竞争，升级为重量级锁（常规锁）

在没有锁竞争的前提下，减少传统锁使用OS互斥量产生的性能损耗

在竞争激烈时，轻量级锁会多做很多额外操作，导致性能下降

3，自旋锁

当竞争存在时，如果线程可以很快获得锁，那么可以不在OS层挂起线程，让线程做几个空操作（自旋）

JDK1.6中-XX:+UseSpinning开启

JDK1.7中，去掉此参数，改为内置实现

如果同步块很长，自旋失败，会降低系统性能

如果同步块很短，自旋成功，节省线程挂起切换时间，提升系统性能

总结：

不是Java语言层面的锁优化方法

内置于JVM中的获取锁的优化方法和获取锁的步骤

偏向锁可用会先尝试偏向锁

轻量级锁可用会先尝试轻量级锁

以上都失败，尝试自旋锁

再失败，尝试普通锁，使用OS互斥量在操作系统层挂起

四，锁的性能方法

1,减少锁持有时间

锁在同一时间只能允许一个线程持有，其它想要占用锁的线程都得在临界区外等待锁的释放，这个等待的时间根据实际的应用及代码写法可长可短

减少了其它线程等待锁的时长，因此，也就提高了程序的性能，使锁的使用得到优化。

2，减少锁粒度

将大对象，拆成小对象，大大增加并行度，降低锁竞争

偏向锁，轻量级锁成功率提高

ConcurrentHashMap

HashMap的同步实现

Collections.synchronizedMap(Map<K,V> m)

返回SynchronizedMap对象

3，锁分离

4,锁粗化

通常情况下，为了保证多线程间的有效并发，会要求每个线程持有锁的时间尽量短，即在使用完公共资源后，应该立即释放锁。只有这样，等待在这个锁上的其他线程才能尽早的获得资源执行任务。但是，凡事都有一个度，如果对同一个锁不停的进行请求、同步和释放，其本身也会消耗系统宝贵的资源，反而不利于性能的优化

例如：

5，锁消除

在即时编译器时，如果发现不可能被共享的对象，则可以消除这些对象的锁操作

示例：

分析： 从源码中可以看出，append方法用了synchronized关键词，它是线程安全的。但我们可能仅在线程内部把StringBuffer当作局部变量使用：

代码中createStringBuffer方法中的局部对象sBuf，就只在该方法内的作用域有效，不同线程同时调用createStringBuffer()方法时，都会创建不同的sBuf对象，因此此时的append操作若是使用同步操作，就是白白浪费的系统资源。

这时我们可以通过编译器将其优化，将锁消除，前提是java必须运行在server模式（server模式会比client模式作更多的优化），同时必须开启逃逸分析:

-server -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+EliminateLocks

其中+DoEscapeAnalysis表示开启逃逸分析，+EliminateLocks表示锁消除。

逃逸分析：比如上面的代码，它要看sBuf是否可能逃出它的作用域？如果将sBuf作为方法的返回值进行返回，那么它在方法外部可能被当作一个全局对象使用，就有可能发生线程安全问题，这时就可以说sBuf这个对象发生逃逸了，

因而不应将append操作的锁消除，但我们上面的代码没有发生锁逃逸，锁消除就可以带来一定的性能提升。

6，无锁

锁是悲观的操作

无锁是乐观的操作

无锁的一种实现方式

CAS(Compare And Swap)

非阻塞的同步

CAS(V,E,N)

在应用层面判断多线程的干扰，如果有干扰，则通知线程重试

示例：