Java并发编程的艺术(十三)——锁优化
自旋锁
- 背景:互斥同步对性能最大的影响是阻塞,挂起和恢复线程都需要转入内核态中完成;并且通常情况下,共享数据的锁定状态只持续很短的一段时间,为了这很短的一段时间进行上下文切换并不值得。
- 原理:当一条线程需要请求一把已经被占用的锁时,并不会进入阻塞状态,而是继续持有CPU执行权等待一段时间,该过程称为『自旋』。
- 优点:由于自旋等待锁的过程线程并不会引起上下文切换,因此比较高效;
- 缺点:自旋等待过程线程一直占用CPU执行权但不处理任何任务,因此若该过程过长,那就会造成CPU资源的浪费。
- 自适应自旋:自适应自旋可以根据以往自旋等待时间的经验,计算出一个较为合理的本次自旋等待时间。
锁清除
编译器会清除一些使用了同步,但同步块中没有涉及共享数据的锁,从而减少多余的同步。
锁粗化
若有一系列操作,反复地对同一把锁进行上锁和解锁操作,编译器会扩大这部分代码的同步块的边界,从而只使用一次上锁和解锁操作。
轻量级锁
- 本质:使用CAS取代互斥同步。
- 背景:『轻量级锁』是相对于『重量级锁』而言的,而重量级锁就是传统的锁。
- 轻量级锁与重量级锁的比较:
- 重量级锁是一种悲观锁,它认为总是有多条线程要竞争锁,所以它每次处理共享数据时,不管当前系统中是否真的有线程在竞争锁,它都会使用互斥同步来保证线程的安全;
- 而轻量级锁是一种乐观锁,它认为锁存在竞争的概率比较小,所以它不使用互斥同步,而是使用CAS操作来获得锁,这样能减少互斥同步所使用的『互斥量』带来的性能开销。
- 实现原理:
- 对象头称为『Mark Word』,虚拟机为了节约对象的存储空间,对象处于不同的状态下,Mark Word中存储的信息也所有不同。
- Mark Word中有个标志位用来表示当前对象所处的状态。
- 当线程请求锁时,若该锁对象的Mark Word中标志位为01(未锁定状态),则在该线程的栈帧中创建一块名为『锁记录』的空间,然后将锁对象的Mark Word拷贝至该空间;最后通过CAS操作将锁对象的Mark Word指向该锁记录;
- 若CAS操作成功,则轻量级锁的上锁过程成功;
- 若CAS操作失败,再判断当前线程是否已经持有了该轻量级锁;若已经持有,则直接进入同步块;若尚未持有,则表示该锁已经被其他线程占用,此时轻量级锁就要膨胀成重量级锁。
- 前提:轻量级锁比重量级锁性能更高的前提是,在轻量级锁被占用的整个同步周期内,不存在其他线程的竞争。若在该过程中一旦有其他线程竞争,那么就会膨胀成重量级锁,从而除了使用互斥量以外,还额外发生了CAS操作,因此更慢!
偏向锁
- 作用:偏向锁是为了消除无竞争情况下的同步原语,进一步提升程序性能。
- 与轻量级锁的区别:轻量级锁是在无竞争的情况下使用CAS操作来代替互斥量的使用,从而实现同步;而偏向锁是在无竞争的情况下完全取消同步。
- 与轻量级锁的相同点:它们都是乐观锁,都认为同步期间不会有其他线程竞争锁。
- 原理:当线程请求到锁对象后,将锁对象的状态标志位改为01,即偏向模式。然后使用CAS操作将线程的ID记录在锁对象的Mark Word中。以后该线程可以直接进入同步块,连CAS操作都不需要。但是,一旦有第二条线程需要竞争锁,那么偏向模式立即结束,进入轻量级锁的状态。
- 优点:偏向锁可以提高有同步但没有竞争的程序性能。但是如果锁对象时常被多条线程竞争,那偏向锁就是多余的。
- 偏向锁可以通过虚拟机的参数来控制它是否开启。
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Java并发编程的艺术(十二)——线程安全
版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载。 https://blog.csdn.net/qq_34173549/article/details/80289238 1. 什么是『线程安全』? 如果一个对象构造完成后,调用者无需额外的操作,就可以在多线程环境下随意地使用,并且不发生错误,那么这个对象就是线程安全的。 2. 线程安全的几种程度 线程安全性的前提:对『线程安全性』的讨论必须建立在对象内部存在共享变量这一前提,若对象在多条线程间没有共享数据,那这个对象一定是线程安全的! 2.1. 绝对的线程安全 上述线程安全性的定义即为绝对线程安全的情况,即:一个对象在构造完之后,调用者无需任何额外的操作,就可以在多线程环境下随意使用。绝对的线程安全是一种理想的状态,若要达到这一状态,往往需要付出巨大的代价。通常并不需要达到绝对的线程安全。 2.2. 相对的线程安全 我们通常所说的『线程安全』即为『相对的线程安全』,JDK中标注为线程安全的类通常就是『相对的线程安全』,如:Vector、HashTable、Collections.synchronizedXXX。对于相对线程安全的类,使...
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Java并发容器大合集
版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载。 https://blog.csdn.net/qq_34173549/article/details/80289295 概述 java.util包中的大部分容器都是非线程安全的,若要在多线程中使用容器,你可以使用Collections提供的包装函数:synchronizedXXX,将普通容器变成线程安全的容器。但该方法仅仅是简单地给容器使用同步,效率很低。因此并发大师Doug Lea提供了java.util.concurrent包,提供高效的并发容器。并且为了保持与普通的容器的接口一致性,仍然使用util包的接口,从而易于使用、易于理解。 PS:问题:synchronizedXXX究竟对容器做了什么从而能达到线程安全的目的? 类图 List和Set JUC包中List接口的实现类:CopyOnWriteArrayList CopyOnWriteArrayList是线程安全的ArrayList JUC包中Set接口的实现类:CopyOnWriteArraySet、ConcurrentSkipListSet CopyOnWrite...
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