锁优化

高效并发是JDK1.5到JDK1.6的一个重要改进,HotSpot虚拟机开发团队在这个版本上话费了大量的精力去实现各种锁优化技术,如适应性自旋(Adaptive Spinning),锁消除(Lock Elimination),锁粗化(Lock Coarsening),轻量级锁(Lightweight Locking)和偏向锁(Biased Locking)等,这些技术都是为了在线程之间更高效地共享数据,以及解决竞争问题

 

自旋锁与自适应自旋

前面我们讨论互斥同步的时候,提到了互斥同步对性能最大的影响是阻塞的实现,挂起线程和恢复线程的操作都需要转入内核态中完成,这些操作给系统的并发性能带来了很大的压力。同时,虚拟机的开发团队也注意到在许多应用上,共享数据的锁定状态只会持续很短的一段时间,为了这段时间去挂起和恢复线程并不值得。如果物理机器有一个以上的处理器,能让两个或以上的线程同时并行执行,我们就可以让后面请求锁的那个线程“稍等一下”,但不放弃处理器的执行时间,看看持有锁的线程是否很快就会释放锁。为了让线程等待,我们只需要让线程执行一个忙循环(自旋),这项技术就是所谓的自旋锁。

 

自旋等待不能代替阻塞,且先不说对处理器数量的要求,自旋等待本身虽然避免了线程挂起和恢复切换的开销,但它是要占用处理器时间的,因此,如果锁被占用的时间很短,自旋等待的效果就会非常好,反之,如果所被占用的时间很长,那么自旋的线程只会白白消耗处理器资源,而不会做任何有用的工作,反而带来性能上的浪费。因此,自旋等待的时间必须要有一定的限度,如果自旋超过了限定的次数仍然没有成功获得锁,就应当使用传统的方式去挂起线程了。自旋次数的默认值是10次,用户可以使用参数-XX:PreBlockSpin来更改。

 

在JDK1.6中引入了自适应的自旋锁。自适应意味着自旋的时间不再固定了,而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。如果在同一个锁对象上,自旋等待刚刚成功获得过锁,并且持有锁的线程正在运行中,那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功,进而它将允许自旋等待持续相对更长的时间,比如100个循环。另外,如果对于某个锁,自旋很少成功获得过,那在以后要获取这个锁时将可能省略掉自旋过程,以避免浪费处理器资源。有了自适应自旋,随着程序运行和性能监控信息的不断完善,虚拟机对程序锁的状况预测就会越来越准确,虚拟机就会变得越来越“聪明”了。

 

 

锁消除

锁消除是指虚拟机即使编译器在运行时,对一些代码上要求同步,但是被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行消除。锁消除的主要判定依据来源于逃逸分析的数据支持,如果判断在一段代码中,推上的所有数据都不会逃逸出去从而被其他线程访问到,那就可以把它们当做栈上数据对待,认为它们是线程私有的,同步加锁就无须进行。

 

 

锁粗化

原则上,我们在编写代码的时候,总是推荐将同步块的作用范围限制得尽量小————只在共享数据的实际作用域中才进行同步,这样为了使得需要同步的操作数量尽可能变小,如果存在锁竞争,那等待锁的线程也能尽快拿到锁。

 

 

 

偏向锁

优化是指在多线程编程中,通过改进的机制和使用方式来提高程序的性能和并发能力。synchronized关键字是Java中最常用的机制之一,它可以保证同一时间只有一个线程可以进入被synchronized修饰的代码块。下面是一些synchronized优化的方法: 1. 减小的粒度:如果在一个方法中有多个synchronized代码块,可以考虑将这些代码块拆分成多个方法,以减小的粒度。这样可以使得多个线程可以并发执行不同的代码块,提高程序的并发性能。 2. 使用局部变量替代成员变量:在使用synchronized关键字时,尽量使用局部变量而不是成员变量。因为成员变量的访问需要通过对象实例来进行,而局部变量的访问是线程私有的,不需要加。 3. 使用同步代码块代替同步方法:在某些情况下,使用同步代码块比使用同步方法更加灵活。同步代码块可以指定的粒度,只对需要同步的代码进行加,而不是整个方法。 4. 使用volatile关键字:volatile关键字可以保证变量的可见性和禁止指令重排序,可以在一定程度上替代synchronized关键字。但是需要注意,volatile关键字只能保证单个变量的原子性,不能保证多个操作的原子性。 5. 使用Lock接口:Java提供了Lock接口及其实现类ReentrantLock,相比于synchronized关键字,Lock接口提供了更加灵活的机制。可以手动控制的获取和释放,可以实现公平和非公平,并且支持多个条件变量。 6. 使用读写:如果在多线程环境下,读操作远远多于写操作,可以考虑使用读写ReadWriteLock来提高程序的并发性能。读写允许多个线程同时读取共享数据,但只允许一个线程写入共享数据。 7. 使用并发集合类:Java提供了一些并发集合类,ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue等,它们内部使用了一些优化的技术,可以提高多线程环境下的并发性能。
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