08给女朋友讲讲并发编程-轻量级锁、锁膨胀、自旋、锁消除、偏向锁
一、轻量级锁
在多线程条件下，虽然一个对象会有多个线程访问，但是他们访问的时间是错开的（没有竞争关系），那么可以使用轻量级锁来优化。
1.使用轻量级锁的目的
降低无实际竞争关系的情况下，直接使用重量级锁带来的性能消耗。
2.轻量级锁的使用
轻量级锁对使用者是透明的，语法仍然是synchronized.
假设有两个方法同步块，对同一个对象加锁。
static final Object object = new Object();
public static void method1(){
synchronized(obj){
//同步块A
method2();
}
}
public static void method2(){
synchronized(obj){
//同步块B
}
}
-
创建锁记录对象（Lock Record），每个线程的栈帧都会包含锁记录结构，内部可以存储锁定对象的Mark Word 以及对象的指针。
轻量级锁-01
-
让锁记录中的object reference指向锁对象，并尝试用cas替换object中的Mark Word，将Mark Word的值与Lock Record中的地址互换。
轻量级锁-02
- 如果cas成功，那么对象头的Mark Word变成了lock record，锁标记从01（无锁状态）变成了00（轻量级锁），此时该线程加锁成功。
二、锁膨胀
问：上述执行轻量级锁的过程中，如果cas失败了，怎么办？
- 如果cas失败，说明存在竞争关系，需要升级为重量级锁，也称为锁膨胀。
锁膨胀的过程 - 当Thread-0在执行同步代码块的过程中，Thread-1也来使用轻量级锁的方式去获取锁，发现对象头中的Mark Word锁标记已经从01变成了00，Thread-1加轻量级锁失败，进入锁膨胀流程。
锁膨胀过程01
- 为object申请Monitor锁，让Object指向Monitor地址，锁标记从00变成10。
- 然后自己进入Monitor的阻塞队列entryList中，变成BLOCKED状态。
-
当Thread-0执行完同步代码块后，释放轻量级锁的时候发现Mark Word中的地址已经发生改变，解锁失败，将进入Monitor锁的解锁流程。
锁膨胀过程02
三、自旋
如果持有锁的线程很快就能将锁释放，那么其余线程就不需要进入EntryList阻塞队列中等待（内核态与用户态之间的切换进入阻塞状态）。它们只需要短时间的等待（自旋），等待持有锁的线程释放锁后，即可不用进入阻塞队列直接获取锁。
- 自旋也会消耗cpu的资源，如果自旋执行时间太长，会有大量的线程处于自旋状态而占用cpu资源，进而会影响整体的性能。那么如何去选择自旋的执行时间呢？
JVM默认的限定次数是10次，超过线程也会进入EntryList阻塞队列中等待。
四、锁消除
static int x = 0;
public void methodA(){
x++;
};
public void methodB(){
Object obj = new Object();
synchronized(obj){
x++;
}
}
上述代码中methodA()和methodB()方法不同点是methodB()方法对局部变量对象加锁去执行++操作，理论上synchronized会影响性能，降低代码的执行效率。但是通过Benchmark对两个方法进行测试，发现两个方法的执行时间几乎没有差别。
为什么：
JVM中重要的核心模块之一 JIT即时编译器，它可以对字节码文件进一步优化，它会发现上述代码中的局部变量根本不会逃离方法的作用范围，就意味着这个对象不可能被共享，那么methodB()中的synchronized关键字也就显得没有意义了，JIT即使编译器就会将无意义的代码优化掉，也就是锁消除。
- 关闭锁消除优化
-XX:-EliminateLocks
五、偏向锁
顾名思义，他会偏向第一个访问锁的线程，如果在运行过程中，同步锁只有一个线程访问，不存在别的线程来使用的情况，就会给线程加一个偏向锁。锁标记为1，没有偏向锁则为0。
如果在执行过程中，遇到了其他线程抢占锁，则会升级为轻量级锁。
JVM默认启用偏向锁，在竞争激烈的场合，偏向锁会增加系统负担。
关闭偏向锁
-XX:-UseBiasedLocking
JVM启用偏向锁时，默认会有4s的延迟。原因在于，系统刚启动时，一般数据的竞争是比较激烈的，此时启用偏向锁会降低性能。
修改偏向锁延迟时间
-XX:BiasedLockingStartupDelay=0
