JVM锁说明

      以前Synchronised关键字加锁效率问题，经常受到吐槽。后来java的开发团队进行了优化，引入了偏向锁、自旋锁、轻量锁，性能有了很大的提升。下面我们来分析下这里面的过程和原理。

 

     最初阶段，我们的代码段或者方法加syncronized关键字，如下：

syncronized(object) {
           // do something 
      }

 

执行这段代码时，其实相当于，在这段代码前面加了monitorenter指令；后面加了monitorexit指令。如下：

 

 monitorenter
  // do something
  monitorexit

 

 

 这两指令都得和操作系统连接，相对来说是比较重的，比较耗时的。

 

但是，在代码里加synchronised 关键字时，只是全面考虑，很多情况只有一个线程在执行，如果在有这种情况下，就有些浪费了；另外，有时，即使多线程访问，他的等待时间是很短的，比monitorenter相关指令还轻，这也是可想办法优化的。

 

在叙述相关优化锁之前，我们先说下java 对象头部分的 Mark Word。在32位虚拟机上，他的长度是32位；在64位虚拟机上，他的长度是64位。

 

普通情况下，Mark Word的格式如下：

hash:25 ------------>| age:4    | biased_lock:1 lock:2

 

最后部分2个比特，是固定的，表示对象锁的状况

01 表示无锁，或者偏向锁； 00表示轻量级锁；10表示重量级锁

 

第三部分是标识是否偏向锁。当最后部分为01时，第三部分为0表示普通无锁对象，第三部分为1表示偏向锁；最后部分为其他值，第三部分不存在。

 

age表示分代年龄；hash表示对象hash值。

 

普通无锁：对象hash:25 ------------>| age:4    | 0 | 01

偏向锁：偏向锁的线程和时间戳:25 ------------>| age:4    | 1 | 01

轻量锁：指向栈中锁记录的指针：30  | 00

重量锁：指向互斥量（重量级锁）的指针：30 | 10

 

java1.6之后，对象有4中状态：无锁态，偏向锁态，轻量锁态，重量锁态。

 

java程序执行，没有遇到同步块时，都是无锁态。Mark Word如上普通无锁的情况。

 

遇到同步块之后，Mark Word从普通无锁变成偏向锁的情况，通过CAS加锁。如果是相同线程在次进入，不受影响。执行完成，CAS解锁，Mark Word又变成普通无锁的情况。

 

如果在偏向锁中，遇到锁竞争的情况。先线程停止，通过CAS锁升级到轻量锁，成功的一方继续执行，另一方开始自旋操作。待他完了继续执行。这里的自旋有个智能学习的策略。假设每个同步块的初始自旋次数是20次，A同步块的线程自旋时，每次很小的自旋次数就获得了执行时间，那后面他的自旋信用会很高，会超过20次往上升；B同步块的线程自旋时，每次都需要很大的自旋次数才能获得执行时间，后面就会把他的自旋次数从20往下降或者不给自旋机会。

 

当然，自旋失败后，锁得再次升级，通过CAS操作从轻量锁升级到重量锁，这就回到一开始的moniterenter指令和moniterexit指令了。

 

jvm还有其他一些锁的优化措施。

 

锁清除：在某些情况下，同步块中的代码不可能被其他线程访问修改的时候，这时候的锁是可以清除的。

锁粗化：在一些代码中，会频繁的加锁，加锁，加锁；当然，有时并不是程序员这么编写的，因为我们的jdk api中也会加些锁操作。我们得频繁的做互斥操作，可以把几个同步块合并成一个同步块来优化执行。