高并发时，同步调用应该考虑到锁的性能消耗。能用无锁的数据结构，就不要用锁；能锁区块，就不要锁整个方法体；能使用对象锁，就不用类锁。

锁的升级：

无锁 => 偏向锁 => 轻量级锁 => 重量级锁




java 偏向锁什么时候升级为轻量级锁 synchronized偏向锁_jvm


偏向锁：当一段同步代码一直被同一个线程多次访问，那么该线程在后续的访问时会自动获取锁 。

偏向锁：

  1. 当同步代码首次被一个线程访问，那么就会在Mark Word记录该线程的ID，从无锁状态（001）变成偏向锁（101），当同步代码执行结束，该线程并不会释放锁。
  2. 当下一次同步代码被访问时，那么就会检测该线程ID与锁的Mark Word 中的线程ID是否是相同。
  • 相同：则直接进入同步代码，因为之前没有释放锁
  • 不同：表示发生了竞争，会尝试使用CAS来替换Mark Word里面的线程ID。竞争成功则会替换Mark Word 里面的线程ID，竞争失败可能会变成轻量级锁。

偏向锁只有遇到其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁，线程是不会主动释放锁的。

偏向锁默认在程序启动4秒后才会开启，可以用下面参数更改时间

开启偏向锁（jdk6之后默认开启）：-XX:+UseBiasedLocking

将偏向锁延迟时间由4000ms改为0：-XX:BiasedLockingStartupDelay=0

偏向锁的撤销：

撤销需要等待全局安全点，同时检查持有偏向锁的线程是否还在执行。

  1. 第一个线程正在执行synchronized方法（处于同步代码块），他还没有执行完，其他线程来争抢，该偏向锁会被取消并出现锁升级。此时轻量级锁由原持有偏向锁线程持有，继续执行其同步代码，而在竞争的会进入自旋等待获得该轻量锁。
  2. 第一个线程执行完synchronized方法（退出同部分代码块），则将对象头设置成无锁状态并撤销偏向锁，重新偏向。


java 偏向锁什么时候升级为轻量级锁 synchronized偏向锁_jvm_02


由于维护成本高，偏向锁在jdk15及之后被移除了。

轻量锁

轻量级锁是为了在线程近乎交替执行同步块时提高性能

在没有多线程的前提下，通过CAS减少重量级锁使用操作系统互斥产生的性能损耗。

轻量锁的加锁：JVM会为每个线程创建用于存储锁的记录空间，官方成为 Displaced Mark Word。若线程获得锁时发现是轻量锁，则会把锁的 Mark Word 复制到Displaced Mark Word 里面。

轻量锁的释放：当前线程会使用CAS操作将Displaced Mark Word里面的内容复制回Mark Word里面。

自旋抢占轻量锁，当自旋到达一定次数依然没有成功获取锁将升级为重量锁。

  • jdk6之前：
  1. 默认10次自旋未成功升级锁 使用VM参数修改 -XX:PreBlockSpin=10
  2. 或者自旋线程超过了cpu核心数一半
  • jdk6之后：自适应自旋锁。JVM底层优化，若线程上次自旋成功获取锁，那么下一次就会增加自旋的次数，以保证更大的可能性获取锁；若线程很少自旋成功获取锁，那么下次就会减少自旋的次数，避免cpu空转。

轻量锁与偏向锁的区别：

  1. 争夺轻量锁失败，自旋锁会尝试枪锁。
  2. 轻量锁每次执行完同步代码块都会释放锁，而偏向锁只有在发生竞争时才会释放锁。

重量锁

ObjectMonitor类 操作系统管程monitor

锁升级后hashcode去哪儿了？


java 偏向锁什么时候升级为轻量级锁 synchronized偏向锁_Powered by 金山文档_03


偏向锁：Mark Word 存储的是偏向的线程ID

轻量锁：Mark Word 存储的是指向线程栈中Lock Record 的指针

重量锁：Mark Word 存储的是指向堆中的monitor对象的指针

无锁状态：Mark Word 可以存储 hash code值。当对象的hashCode()方法第一次被调用时，JVM会生成对应的hash code值并存储到Mark Word中。

对于偏向锁：在线程获取偏向锁时，会用Thread ID和epoch值覆盖掉hash code所在的位置。如果一个对象的hashCode() 方法已经被调用过一次之后，这个对象不能被设置偏向锁。因为可以的话，那么Mark Word中的hash code必然会被偏向线程id给覆盖。

对于轻量级锁：JVM会在当前线程的栈帧中创建Lock Record（锁记录空间），用于存储锁对象的Mark Word拷贝。所以轻量级锁与hash code 共存。释放锁后会将信息回写到对象头。

对于重量级锁：代表重量级锁的ObjectMonitor类里有字段记录非枷锁状态下Mark Word，锁释放后也会将信息写回到对象头。

  • 在获取偏向锁之前调用 hashCode() ,会升级成轻量级锁。（也就是 空白Mark Word 先存储hashcode 后在存储线程ID）
  • 在获取偏向锁之后调用 hashCode()，会升级成重量级锁。（也就是 空白Mark Word先存储线程ID后又想存储hashCode）

小总结

先自旋，不行再阻塞。

如果同步代码块执行时间过长，那么轻量级锁自旋带来的性能消耗就比使用重量级锁更加严重。


java 偏向锁什么时候升级为轻量级锁 synchronized偏向锁_Powered by 金山文档_04


JIT编译器对锁的消除

锁消除

下面代码发生了锁消除，因为每个线程都自己new了一个对象作为自己的锁，这样是没有意义的（应是多个线程抢同一把锁），jit编译器会自己忽略它（逃逸分析）。

public class SynchronizedDemo1 {
    static Object staticObject = new Object();

    public void m1(){
        Object o = new Object();
        synchronized (o){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+o.hashCode()+"\t"+staticObject.hashCode());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedDemo1 synchronizedDemo1 = new SynchronizedDemo1();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
                synchronizedDemo1.m1();
            },String.valueOf(i)).start();
        }

    }
}

锁粗化

方法中前后相邻都是同一个锁对象，JIT会把几个synchronized合并成一个大块。

一次申请和释放锁，提高了性能。

new Thread(() -> {
            synchronized (o) {
                System.out.println(111);
            }
            synchronized (o) {
                System.out.println(222);
            }
            synchronized (o) {
                System.out.println(333);
            }
            synchronized (o) {
                System.out.println(444);
            }
        }).start();
new Thread(() -> {
            synchronized (o) {
                System.out.println(111);
                System.out.println(222);
                System.out.println(333);
                System.out.println(444);
            }
        }).start();