Java 虚拟机对锁优化所做的努力

作为一款公用平台，JDK 本身也为并发程序的性能绞尽脑汁，在 JDK 内部也想尽一切办法提供并发时的系统吞吐量。这里，我将向大家简单介绍几种 JDK 内部的 “锁” 优化策略。

1、 锁偏向

锁偏向是一种针对加锁操作的优化手段。

如果一个线程获得了锁，那么锁就进入偏向模式。当这个线程再次请求锁时，无须再做任何同步操作。这样就节省了大量有关锁申请的操作，从而提高了程序性能。因此，对于几乎没有锁竞争的场合，偏向锁有比较红啊的优化效果，因为连续多次极有可能是同一个线程请求相同的锁。而对于锁竞争比较激烈的场合，其效果不佳。因为在竞争激烈的场合，最有可能的情况是每次都是不同的线程来请求相同的锁。

2、 轻量级锁

如果偏向锁失败，即上一个请求的锁的线程和这个线程不是同一个。偏向锁失败意味者不能避免做同步操作。此时，虚拟机并不会立即挂起线程。他会使用一种成为轻量级锁的优化手段。 轻量级锁的操作也很方便，它只是简单地将对象头部作为指针，指向蚩尤锁的线程堆栈的内部，来判断一个线程是否持有对象锁。 如果线程获得轻量级锁成功，则可以顺利进入临界区。如果轻量级锁失败，则表示其他线程抢先争夺了锁，那么当前线程的锁请求就会膨胀为重量级锁。

3、 自选锁

锁膨胀后，虚拟机为了避免线程真实地在操作系统层面挂起，虚拟机还会在做最后的努力–自选锁。由于当前线程暂时无法获得锁，但是什么时候可以获得锁是一个未知数。也许在CPU几个时钟周期后，就可以得到锁。如果这样，简单粗暴的挂起线程可能是一种得不偿失的操作，因此系统会进行一次赌注：它会假设在不久的将来，线程可以得到这把锁。因此虚拟机让当前线程做个空循环，在经过若干次循环后，如果可以得到锁，那么就顺利进入临界区。如果还不能得到锁，才会真实地将线程在操作系统层面挂起。

4、 锁消除

锁消除是一种更彻底的锁优化。Java虚拟机在JIT编译时，通过对运行上下文的扫描，去除不可能存在共享资源竞争的锁。通过锁消除，可以节省毫无意义的请求锁时间。

下面这种这种情况，我们使用vector， 而vector内部使用了synchronize请求锁。

public String []  createStrings(){
    Vector<String>  v= new Vector<String>();
    for(int i=0;i<100;i++){
        v.add(Integer.toString(i));
    }
    return v.toArray(new String[]{});
}

由于V只在函数 createStrnigs 中使用，因此它只是一个单纯的局部变量。局部变量是在线程栈上分配的，属于线程私有额数据，因此不可能被其他线程访问。所以，在这种情况下，Vector内部所有加锁同步都是没有必要的。如果虚拟机检测到这种情况，就会将这些无用的锁操作去除。

锁消除涉及的一项关键技术为逃逸分析。所谓逃逸分析就是观察某一个变量是否会逃出某一个作用域。在本例中，变量v显然没有逃出createString 函数之外。以此为基础，虚拟机才可以大胆的将v内部的加锁操作去除。如果createStrings 返回的不是String数组，而是v本身，那么就认为变量v逃逸出了当前函数，也就是说v有可能被其他线程访问。如是这样，虚拟机就不能消除v中的锁操作。

逃逸分析必须在 -server 模式下进行，可以使用 -XX:DoEscapeAnalysis 参数打开逃逸分析，使用 -XX:+EliminateLocks 参数可以打开锁消除。

本文摘自《Java高并发程序设计》一书。

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