synchronized优化

Java HotSpot虚拟机中，每个对象都有对象头（包括class指针和Mark Word）。Mark Word 平时存储这个对象的哈希码、分代年龄，当加锁时，这些信息就根据情况被替换为标记位、线程锁记录指针、重量级锁指针、线程ID等内容。

1、轻量级锁

如果一个对象虽然有多线程访问，但多线程访问的时间是错开的（也就是没有竞争），那么可以使用轻量级锁来优化。

每个线程的栈帧中都会包含一个锁记录的结构，内部可以存储锁定对象的Mark Word(8个字节)

MarkWord:

​ 01 无锁

​ 00 轻量级锁

​ 10 重量级锁

2、锁膨胀

如果在尝试加轻量级锁的过程中，CAS操作无法成功，这时一种情况就说有其它线程为此对象加上了轻量级锁（有竞争），这时需要进行锁膨胀，将轻量级锁变为重量级锁。

3、重量级锁

重量级锁竞争的时候，还可以使用自旋来进行优化，如果当前线程自旋成功（即这时候持锁线程已经退出了同步块，释放了锁），这时当前线程就可以避免阻塞。

在Java6之后自旋锁是自适应的，比如对象刚刚的一次自旋操作成功过，那么认为这次自旋成功的可能性会高，就多自旋几次；反之，就少自旋甚至不自旋，总之，比较智能。

• 自旋会占用CPU时间，单核CPU自旋就是浪费，多核CPU自旋才能发挥优势。
• Java7之后不能控制是否开启自旋功能。

4、偏向锁

轻量级锁在没有竞争时（就自己这个线程），每次重入仍然需要执行CAS操作。Java6中引入了偏向锁来做进一步优化：只有第一次使用CAS将线程ID设置到对象的Mark Word头，之后发现这个线程ID是自己的就表示没有竞争，不用重新CAS。

• 撤销偏向需要将持锁线程升级为轻量级锁，这个过程中所有线程需要暂停（STW）
• 访问对象的hashcode也会撤销偏向锁
• 如果对象虽然被多个线程访问，但没有竞争，这时偏向了线程T1的对象仍有机会偏向T2，重偏向会重置对象的ThreadID
• 撤销偏向和重偏向都是批量进行的，以类为单位
• 如果撤销偏向到达某个阈值，整个类的所有对象都会变为不可偏向的。
• 可以主动使用 -XX:-UseBiasedLocking 禁用偏向锁

5、其他优化

1. 减少上锁时间

   同步代码块中尽量短

2. 减少锁的粒度

   将一个锁拆分为多个锁提高并发度，例如：

   • ConcurrentHashMap
   • LongAdder 分为base 和 cells 两部分。没有并发争用的时候或者是cells数组正在初始化的时候，会使用CAS来累加值到base，有并发争用，会初始化cells数组，数组有多少个cell，就允许有多少线程并行修改，最后将数组中每个cell累加，再加上base就是最终的值。
   • LinkedBlockingQueue入队和出队使用不同的锁，相对于LinkedBlockingArray只有一个锁效率更高

3. 锁粗化

   多次循环进入同步块不如同步块内多次循环

   另外JVM可能会做如下优化，把多次append的加锁操作粗化一次（因为都是对同一个对象加锁，没必要重入多次）

   new StringBuffer().append("a").append("b").append("c");
   

4. 锁消除

   JVM会进行代码逃逸分析，例如某个加锁对象是方法内局部变量，不会被其他线程所访问到，这时候就会被即时编译器忽略掉所有同步操作。

5. 读写分离

   CopyOnWriteArrayList

   ConvOnWriteSet