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Java 虛擬機對鎖優化所做的努力

ralap / 2392人閱讀

摘要：自選鎖鎖膨脹后，虛擬機為了避免線程真實地在操作系統層面掛起，虛擬機還會在做最后的努力自選鎖。

作為一款公用平臺，JDK 本身也為并發程序的性能絞盡腦汁，在 JDK 內部也想盡一切辦法提供并發時的系統吞吐量。這里，我將向大家簡單介紹幾種 JDK 內部的 "鎖" 優化策略。

1、 鎖偏向

鎖偏向是一種針對加鎖操作的優化手段。

如果一個線程獲得了鎖，那么鎖就進入偏向模式。當這個線程再次請求鎖時，無須再做任何同步操作。這樣就節省了大量有關鎖申請的操作，從而提高了程序性能。因此，對于幾乎沒有鎖競爭的場合，偏向鎖有比較紅啊的優化效果，因為連續多次極有可能是同一個線程請求相同的鎖。而對于鎖競爭比較激烈的場合，其效果不佳。因為在競爭激烈的場合，最有可能的情況是每次都是不同的線程來請求相同的鎖。

2、 輕量級鎖

如果偏向鎖失敗，即上一個請求的鎖的線程和這個線程不是同一個。偏向鎖失敗意味者不能避免做同步操作。此時，虛擬機并不會立即掛起線程。他會使用一種成為輕量級鎖的優化手段。 輕量級鎖的操作也很方便，它只是簡單地將對象頭部作為指針，指向蚩尤鎖的線程堆棧的內部，來判斷一個線程是否持有對象鎖。 如果線程獲得輕量級鎖成功，則可以順利進入臨界區。如果輕量級鎖失敗，則表示其他線程搶先爭奪了鎖，那么當前線程的鎖請求就會膨脹為重量級鎖。

3、 自選鎖

鎖膨脹后，虛擬機為了避免線程真實地在操作系統層面掛起，虛擬機還會在做最后的努力–自選鎖。由于當前線程暫時無法獲得鎖，但是什么時候可以獲得鎖是一個未知數。也許在CPU幾個時鐘周期后，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，因此系統會進行一次賭注：它會假設在不久的將來，線程可以得到這把鎖。因此虛擬機讓當前線程做個空循環，在經過若干次循環后，如果可以得到鎖，那么就順利進入臨界區。如果還不能得到鎖，才會真實地將線程在操作系統層面掛起。

4、 鎖消除

鎖消除是一種更徹底的鎖優化。Java虛擬機在JIT編譯時，通過對運行上下文的掃描，去除不可能存在共享資源競爭的鎖。通過鎖消除，可以節省毫無意義的請求鎖時間。

下面這種這種情況，我們使用vector， 而vector內部使用了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 createStrnigs 中使用，因此它只是一個單純的局部變量。局部變量是在線程棧上分配的，屬于線程私有額數據，因此不可能被其他線程訪問。所以，在這種情況下，Vector內部所有加鎖同步都是沒有必要的。如果虛擬機檢測到這種情況，就會將這些無用的鎖操作去除。

鎖消除涉及的一項關鍵技術為逃逸分析。所謂逃逸分析就是觀察某一個變量是否會逃出某一個作用域。在本例中，變量v顯然沒有逃出createString 函數之外。以此為基礎，虛擬機才可以大膽的將v內部的加鎖操作去除。如果createStrings 返回的不是String數組，而是v本身，那么就認為變量v逃逸出了當前函數，也就是說v有可能被其他線程訪問。如是這樣，虛擬機就不能消除v中的鎖操作。

逃逸分析必須在 -server 模式下進行，可以使用 -XX:DoEscapeAnalysis 參數打開逃逸分析，使用 -XX:+EliminateLocks 參數可以打開鎖消除。

本文摘自《Java高并發程序設計》一書。

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