锁优化

1 提升“锁”性能

1.1 减小锁的持有时间

       在锁竞争过程中，单个线程对锁的持有时间越长，锁的竞争程度也就越激烈，会导致性能较低。因此，应该尽可能减少对单个锁的占有时间，以减少线程间互相阻塞的可能性。注意，凡事都有一个度，如果对同一个锁不停地进行请求、同步和释放，这本身也会消耗系统资源，反而不利于提升性能（与锁粗化相关）。

       比如说如下示例：

public synchronized void method(){                     public void method(){

       method1();                                                           method1();

       synMethod();                                 →                   synchronized (this){

       method2();                                                                  synMethod();

}                                                                                  }

                                                                                    method2();

                                                                             }

       在method()方法中，只有synMethod()方法是需要同步的，如果直接对method()方法加锁，而且如果method1()和method2()都是重量级方法的话就会造成性能急剧下降，这就是由于持有锁的时间太长造成的。优化方法就是左边的代码，只对需要同步的方法synMethod()加锁，从而减少了线程持有锁的时间。

1.2 减小锁粒度

       减小锁粒度也是一种削弱多线程锁竞争的有效手段。减小锁粒度就是指缩小锁定对象的范围，从而减小锁冲突的可能性，从而提升并发性能。

       减小锁粒度的典型就是ConcurrentHashMap。下面讲讲ConcurrentHashMap原理，ConcurrentHashMap内部进一步细分了若干个小的HashMap，称之为Segment，默认情况下，一个ConcurrentHashMap有16个Segment。

       调用put()方法时，并不会对整个Map加锁，而是先根据key的hashCode值得到要存放的Segment，然后对该Segment加锁并完成put操作。如果多个线程进行put()操作，只要被加入的键值对不在同一个Segment，那就可以做到真正的并行。

       但是，减小锁粒度也是有弊端的，当需要全局锁的时候，其消耗的资源会比较多，性能会降低。比如说ConcurrentHashMap的size()方法。在调用size()方法计算键值对数目时，先要获得所有Segment的锁，然后再求和，这就会导致性能很差。但是实际上，size()方法会先使用无锁的方式求和，如果失败才会使用这种加锁的方式。

1.3 读写分离锁替换独占锁

       读写分离锁在读多写少的情况下可以极大提升并发性能，读写锁也是减少锁粒度的一种特殊情况。之前一节是通过分割数据结构实现减小锁粒度，而读写锁是根据系统功能点来分割而实现减小锁粒度的。

1.4 锁粗化

       虚拟机在遇到一连串连续地对同一个锁不断进行请求和释放的操作时，便会把所有的锁操作整合成对锁的一次请求，从而减少对锁的请求同步次数，这就叫做锁粗化。

       比如说如下情况就是锁粗化：

for(int i=0; i<n; i++){                        synchronized (lock){

       synchronized (lock){      →                         for(int i=0; i<n; i++){                                                                

       }                                                                 }

}                                                       }

       在循环内不断请求和释放锁是没有必要的，更加合理的是在外层只进行一次锁的请求和释放。

2 虚拟机对锁的优化

       锁偏向：

       其是一种针对加锁操作的优化手段。它的核心思想是：如果一个线程获得了锁，那么锁就进入偏向模式。当这个线程再次请求该锁时不需要再进行任何同步操作，这样就减少了大量加锁释放锁的操作。对于几乎没有锁竞争的场合，偏向锁有比较好的优化效果，因为连续多次可能都是同一个线程请求同一个锁（偏向锁也会偏向于将锁给同一个线程），对于锁竞争比较激烈的场合，其效果不佳。

       轻量级锁：

       如果偏向锁失败，虚拟机不会立即挂起线程。它还会使用一种称为轻量级锁的优化手段。轻量级锁只是简单地将对象头部作为指针，指向持有锁的线程堆栈的内部，来判断一个线程是否持有对象锁。如果线程获得轻量级锁成功，则可以进入临界区，否则就表示其他线程抢先获得了锁，那么当前线程的锁就会膨胀为重量级锁。

       自旋锁：

       锁膨胀以后，为了避免线程被真正的挂起，虚拟机会采取另外一种措施—自旋锁。如果在不久的将来，线程就可以获得锁，那么直接将线程挂起是得不偿失的（挂起线程和唤醒线程都需要消耗资源）。因此，虚拟机假设过一会线程就可以获得锁，所以虚拟机会让当前线程做几个空循环（自旋），在经过若干次循环后，如果可以得到锁，那么顺利进入临界区。如果还不能获得锁，才会将线程真正的挂起。

       锁消除：

       Java虚拟机在JIT编译（just-in-time compilation，即时编译）时，通过对上下文的扫描，去除不可能存在共享资源竞争的锁。通过锁消除可以节省毫无意义的请求锁时间。