性能调优之锁优化

线程安全问题触发条件：

　　1.存在共享数据

　　2.多个线程同时操作共享数据

锁之syncronized

　　特征：可重入（获得了外面的锁，则自动获得了里面的锁），非公平（线程有可能会饿死）

　　原理：

　　　　1）早期：

　　　　　　

 

 　　　　2）堆内存中对象存储方式（锁，本质上是堆中某个对象的对象头中通过mark word标记的一种状态）：

　　　　　　1.对象头

　　　　　　　　1）Mark Word，用来存储对象自身的运行时数据，例如对象哈希code，锁状态的标志，线程所持有的锁等

　　　　　　　　2）类型指针，虚拟机通过该指针来确定这个对象是哪一个类的实例

　　　　　　　　3）数组长度（仅当对象是数组的时候）

　　　　　　2.实例数据

　　　　　　3.对齐填充

　　　　3）锁状态，其中重量级锁就是syncronized早期锁，又叫常规锁。从上到下，性能 依次降低，开销依次递增。

　　　　　　

 

 　　　　　　偏向锁：

　　　　　　　　1.默认启动5s后开启，当只有一个线程竞争锁资源的时候，相比于关闭偏向锁的应用，性能有小幅度提升(2%)，当线程竞争激烈的时候，使用偏向锁，性能反而会有所下降。

　　　　　　　　2.关闭方式，添加运行时参数：-XX:-UseBiasedLocking

　　　　　　　　3.开启并取消延迟：-XX:+UseBiasedLocking -XX:BiasedLockingStartupDelay=0

　　　　　　轻量级锁：即乐观锁，通过CAS操作竞争锁资源

　　　　　　重量级锁：即悲观锁，线程之间完全互斥。

　　　　4）锁升级过程

　　　　　　syncronized锁有一个升级过程：

　　　　　　　　1.检测是无锁还是偏向锁

　　　　　　　　2.如果是偏向锁，校验线程id，看是不是同一个线程在竞争锁资源，如果是，直接执行同步代码，如果不是，CAS替换线程id。

　　　　　　　　3.如果替换成功，执行同步代码，如果替换失败，说明已经有别的线程Y占用了锁，则撤销偏向锁，暂停线程Y并检查状态，如果不活动或已经退出，则释放线程Y，唤醒线程X，同时X获得锁

　　　　　　　　4.如果线程Y活动，则升级为轻量级锁，由线程Y持有

　　　　　　　　5.线程X进行CAS操作，如果成功，则获得锁并执行同步代码，如果失败，进行自旋操作 ，在限制次数内，如果成功，就获得该轻量级锁。

　　　　　　　　6.如果超过自旋次数，线程X仍未获得锁，则说明锁资源竞争相当激烈，此时锁就会升级为重量级锁，通过操作系统的互斥锁来实现。

　　使用场景：

　　　　　　

　　优化机制：

　　　　1.逃逸分析（又叫做锁消除）：分析变量能否逃出他的作用域，如果不能逃出，jvm会自动取消掉他的锁

　　　　　　下图中，object变量是一个局部变量，且不可能发生逃逸，所以不是共享变量，不可能发生线程安全问题，jvm会自动取消掉这段syncronized代码块。

　　　　　　

 

  　　　　　　而如果代码写成这样，则可能发生逃逸，因为object作为someMethod的返回值，且赋值给了object2，而object2又是一个成员变量，所以可能发生线程安全问题。  

　　　　　　　　

 

 　　　　　　2.锁粗化：将多个连续的加锁解锁操作连接在一起，扩展成一个范围更大的锁。

　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　上图代码会被优化成下面代码

　　　　　　　　　　

 

 　　　　　　逃逸分析和锁粗化默认开启，如要手动开启，添加如下运行时参数　

　　　　　　　

 

　　　　　　3.锁分级：也就是上文所说的偏向锁，轻量级锁，重量级锁

　　　　总结：syncronized优化机制包括锁分级，锁消除，锁粗化。

 　　　　　　　

 

 

锁之reentrantLock

　　核心API:

　　　　1.lock:表示获得锁

　　　　2.tryLock：表示尝试获得加锁，如果失败返回false

　　　　3.tryLock(timeout,TimeUnit)：带超时的tryLock

　　　　4.lockInterruptibly：如果当前线程interrupt了就抛异常，如果没有就去获得锁

　　　    5.unlock：解锁

　　示例代码：

　　　　

　　特性：

　　　　1.互斥

　　　　2.可重入　　　

　　　　3.公平性：

　　　　　　1）线程会按照向lock申请锁的顺序去依次获得锁，不允许插队，牺牲了一部分性能来获得公平性，这一点是syncronized锁不具备的

　　　　　　2）创建锁对象的时候传入一个boolean参数，true表示创建一个公平锁，false表示创建一个非公平锁，不传则默认创建的是非公平锁　　

　　　　　　

 

 　　　　　　

 

 　　　　4.condition：替代传统线程通信中，object的wait()，notify()方法

　　　　　　核心API：

　　　　　　　　

 

 　　　　　　注意点：操作condition的代码，必须在lock的保护之下

　　原理：基于AQS和CAS　　

 

面试题：syncronized和reentrantLock的区别？

　　1.syncronized基于jvm实现，看不到源码，而reentrantlock基于jdk实现，方便查看源码

　　2.jdk1.6之前，syncronized性能比reentrantlock差很多，1.6之后，性能差不多

　　3.reentrantlock实现了公平性，有丰富的api，并且有condition操作，syncronized不具备

　　4.使用时，如果两者都可以满足需要，官方建议使用syncronized，代码更加简洁易读。当然，也可以根据自己的喜好来。

　　　　　　

 锁之ReentrantReadWriteLock(读写锁)

　　适用于读多写少的场景，实际上是两个锁，一个readlock，一个writelock

　　

 

　　　　 

 

 　　

 

 　　示例代码：

　　　　

 

 　　特性：

　　　　1.公平性

　　　　2.可重入

　　　　3.锁降级：一个写锁可以降级成读锁，但是一个读锁不能升级成一个写锁

 

面试题：reentrantlock和reentrantReadWriteLock的区别？

　　1.reentrantlock完全互斥

　　2.reentrantReadWriteLock读锁共享，写锁互斥，在读多写少的场景下，reentrantReadWriteLock的性能要比reentrantlock好很多，但是在写多场景下，优势就不明显了。

 

 

锁之StampedLock

 　　

 

 　　背景：

　　　　reentrantReadWriteLock存在的问题：

　　　　　　1.写线程“饥饿”问题，由于一个线程尝试获取写锁的时候，不能有其他的读锁存在，所以如果读线程非常多，该线程可能久久拿不到写锁，存在饥饿问题

　　　　　　2.写锁可以降级成读锁，但是读锁却不能升级成写锁。

　　特性：

 　　

 

 

 　　　　

 

 　　　　

 

 　　　　　　

 

 

 锁调优：