Java 1.6 的優(yōu)化

Java 1.6以后官方針對鎖的優(yōu)化，主要是增加了兩種新的鎖：偏向鎖和輕量級鎖。再加上本身重量級鎖，那么鎖基本上可以大致分為這三種，它們之間的區(qū)別主要是體現(xiàn)在等待時間上面。重量級鎖比較暴力，一旦某個資源被一個線程加了鎖，那么其他線程就不要再有任何想法了，必須等待其釋放資源才可以。如果時間較長，就會造成程序卡頓，甚至崩潰掉，為了改進(jìn)加了兩個新鎖。這兩種新鎖的概念是如何優(yōu)化的呢，就需要弄清楚對象和monitor的關(guān)系。

對象頭結(jié)構(gòu)

任何一個實(shí)例對象都有一些共同的信息即對象頭、實(shí)例變量、填充數(shù)據(jù)。其中對象頭就是加鎖的基礎(chǔ)，其中存儲的就是加鎖的信息；實(shí)例變量就是存的屬性變量的信息，私有公有之類的；填充數(shù)據(jù)則是數(shù)據(jù)的起始地址。我們要說的還是對象頭，下面是對象頭結(jié)構(gòu)：

從對象頭的信息來看，Mark Word就是存放鎖信息的地方，一共有32位用來存放鎖信息，信息格式如下：

鎖的狀態(tài)

首先先解釋下上表中鎖狀態(tài)的含義：

無鎖狀態(tài)：沒有加鎖，屬于樂觀鎖，鎖標(biāo)記01。

偏向鎖：在對象第一次被某一線程占有的時候，會檢查偏向鎖標(biāo)記，然后把偏向鎖標(biāo)記置1，表示線程被占用使用的是偏向鎖，鎖標(biāo)記置為01。接著寫入線程ID，表示當(dāng)前對象被哪個ID的線程占有了。當(dāng)此線程占有期間，其他的線程訪問的時候，就會有線程競爭。如果競爭成功，使用資源；如果競爭失敗則等待下次競爭，偏向鎖是輕量級鎖，屬于樂觀鎖。所謂的偏向鎖，會比較傾向于首次占有的線程，也就是說兩個線程競爭，第一次占有的線程會有比較大的概率分配到資源，這也就是偏向鎖名稱的由來：會偏向于首先占有該資源的線程。那么當(dāng)前線程一旦具有優(yōu)先權(quán)，其他線程很可能長久無法獲取資源，為了改進(jìn)這樣一個狀態(tài)，很多時候會采用大名鼎鼎非阻塞算法Compare and Swap(CAS)算法。正是因?yàn)檫@種特性，偏向鎖更加適合用于競爭不激烈的時候。由于偏向鎖會不斷地和無鎖狀態(tài)進(jìn)行切換，因此兩者使用時間也是接近的。

輕量級鎖：一般在線程有交替時使用。當(dāng)偏向鎖算法CAS競爭失敗，就會修改偏向鎖標(biāo)記為00，升級為輕量級鎖，屬于樂觀鎖。

重量級鎖：強(qiáng)互斥，鎖住資源后不允許其他線程競爭，其他線程要想訪問必須等待資源釋放，等待時間長。當(dāng)某資源已經(jīng)處于輕量級鎖的時候，會有別的線程前來競爭，繼續(xù)競爭失敗，則會修改標(biāo)記為10，變?yōu)橹亓考夋i，屬于悲觀鎖。

自旋鎖與鎖消除

鎖的升級也是要消耗時間的，尤其是不同等級之間的轉(zhuǎn)換消耗的時間更多。而輕量級鎖轉(zhuǎn)換成重量級鎖則是用戶線程和核心線程（操作系統(tǒng)本身的線程）之間的轉(zhuǎn)換非常耗時，所以我們要盡量減少這種轉(zhuǎn)換，所以有了這樣一種概念：當(dāng)競爭失敗的時候，先不著急進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而是等待一會兒，由于線程執(zhí)行的非?？欤赡苓€沒有升級到重量級鎖的時候，資源就已經(jīng)被釋放了。正是基于這樣一種邏輯，就有了自旋鎖這一概念。

自旋鎖：當(dāng)競爭失敗的時候，不是馬上轉(zhuǎn)化級別，而是執(zhí)行幾次空循環(huán)，如果執(zhí)行空循環(huán)的時候，占有線程釋放了資源，那么就不需要進(jìn)行鎖的升級，直接進(jìn)行占用線程執(zhí)行就好了因此自旋鎖只是一種概念，并不是真正的鎖。

鎖消除： Java的即時編譯編譯器（JIT）在編譯的時候把不必要的鎖去掉。比如下面代碼，用來給變量a賦值，就完全沒有必要加鎖，因此這個synchronized在編譯的時候會被消去。

synchronized(this){
    int a=1;
}

鎖的升級

除了上面所說，還要明白一個概念，鎖永遠(yuǎn)都會加載對象(或者說堆中的資源上)上而不是線程上。所以升級過程為如下的步驟：

假設(shè)：線程A訪問對象資源A則此時立刻對資源A加上偏向鎖保證線程A訪問資源A，且線程ID會被置為線程A。如果線程B來競爭，此時偏向鎖不會主動釋放，線程B可以看到該鎖并知曉資源A已經(jīng)被線程A使用，于是檢查此時資源A是否被線程A使用（即線程A是否還存活），那么：

1. 如果線程A已經(jīng)銷毀，則資源A分配給線程B，即分配偏向鎖給線程B并把線程ID置為線程B。
2. 如果線程A沒有銷毀，則檢查線程A的操作棧，檢查資源A的使用情況：
   • 如果線程A仍然在使用資源A，則把資源A升級為輕量級鎖，保證線程A的使用；
   • 如果資源A已經(jīng)不再使用，已經(jīng)被線程A釋放了，則資源A分配給線程B，后續(xù)同1。
3. 資源A已經(jīng)由于競爭，升級為輕量級鎖（此時資源A依然是被線程A使用），線程B仍然需要競爭資源A。 因?yàn)檩p量級鎖會被認(rèn)為競爭程度低，所以線程B被允許嘗試競爭，當(dāng)線程B再次發(fā)現(xiàn)資源A被輕量級鎖鎖住時，線程B會進(jìn)入自旋狀態(tài)或者說自旋鎖（即空轉(zhuǎn)一定時間，比如空的循環(huán)等等，等待資源A被釋放）。此時認(rèn)為資源A會很快被釋放，所以線程B進(jìn)入空轉(zhuǎn)等待資源A。
4. 但是當(dāng)自旋超過一定次數(shù)，或者線程C在線程B自旋時，也來請求資源A，則資源A的輕量級鎖被升級為重量級鎖。由于重量級鎖能夠使得除了擁有當(dāng)前資源的線程以外的線程都阻塞，等待資源的釋放。所以此時資源A和線程A被重量級鎖綁在一起，不會釋放給線程B、線程C，因此線程B和線程C必須等待線程A釋放資源A以后在進(jìn)行新的競爭

說完這些，可能大家會有個疑問：為什么要進(jìn)行鎖的升級？假如很多線程都是處于輕量級上，都處于自旋狀態(tài)，那么其中正在運(yùn)行一個線程以及釋放鎖了，但是此時有很多線程在自旋，都在相互競爭?？赡茉斐伤械木€程都會一直自旋下去，CPU空轉(zhuǎn)。為了阻止CPU空轉(zhuǎn)，所以用重量級鎖把除了正在運(yùn)行的線程以外的所有線程阻塞，保證不會有新的競爭。但是要注意的是鎖是由低到高的升級，而且只會升級，而不會降級。因?yàn)榧幢闶侵亓考夋i一旦占有線程釋放了，就直接是無鎖狀態(tài)，不存在一層一層降級的過程。

鎖的重入性

當(dāng)有些時候必須對某個資源進(jìn)行二次加鎖也是可以的，比如下面這段代碼做了多重加鎖。

這樣也是可以的，之前的博客中說過Java中每一個對象都有一個monitor對象，也就是一個監(jiān)視器，加鎖就是通過這個監(jiān)視器去加鎖。

當(dāng)某一個線程要占有這個對象的時候，先去檢查monitor對象的計(jì)數(shù)器是不是0，如果是0表示沒有線程占有這個對象，則成功占有這個對象，并且對這個對象的monitor計(jì)數(shù)器+1。

如果不為0，則說明這個對象已經(jīng)被別的線程占用，那么就等待。當(dāng)線程釋放某個對象的占有時monitor的計(jì)數(shù)器-1。

注意這里是減一不是置0，也就是說同一線程可以對同一對象進(jìn)行多次加鎖，進(jìn)行不斷地+1、+1，這個就是線程的重入性。

public synchronized void methodName3(){
    synchronized (this){
        // code ......
        synchronized (this){		//加鎖的對象不同也可以，但是要避免對象交叉造成的死鎖
            // code ......
            synchronized (this){
                // code ......
            }
        }
    }
}

悲觀鎖與樂觀鎖

悲觀鎖：一般指寫操作比較多，包括增刪改，讀操作(查)比較少的鎖。也指不允許競爭的鎖，遇到必須等待。

樂觀鎖：一般指讀(查)操作比較多，但是寫操作比較少的鎖。也指可以競爭的鎖，可以嘗試競爭。 因此很多時候悲觀鎖一般要加鎖，樂觀鎖一般只用版本控制，讀取到最新的數(shù)據(jù)即可。只是一個概念，并不特地指某種所。

公平鎖與非公平鎖

公平鎖：其實(shí)就是排隊(duì)，先來先得FIFO的邏輯，因此每個鎖都是公平的。

非公平鎖：就是采用一定的算法或者優(yōu)先度去對線程拿到鎖的順序進(jìn)行調(diào)整，因此每個鎖并不是公平獲取資源的。 這兩個鎖各有優(yōu)缺點(diǎn)，使用誰要看具體需求，比如緊急剎車作為一個功能來說，就必須用非公平鎖。

死鎖

當(dāng)由加鎖導(dǎo)致A線程等B線程釋放資源，B線程等A線程釋放資源，結(jié)果線程A和線程B都無法獲取資源導(dǎo)致，程序卡死在這里的情況就是死鎖。

總結(jié)

本篇延續(xù)著synchronized關(guān)鍵字的部分內(nèi)容，對鎖的概念、鎖的原理以及鎖的升級，進(jìn)行了一個剖析，希望能夠?qū)Ω魑焕斫釰ava中的鎖有所幫助。

到此這篇關(guān)于Java中的鎖與鎖的狀態(tài)升級詳細(xì)解讀的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java鎖與鎖的狀態(tài)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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