深入理解JAVA 虚拟机 （四）java 线程 ，线程安全 ，

• 轻量级锁
  • 如果轻量级锁失败，表示存在竞争，升级为重量级锁（常规锁）
  • 在没有锁竞争的前提下，减少传统锁使用OS互斥量产生的性能损耗
  • 在竞争激烈时，轻量级锁会多做很多额外操作，导致性能下降

轻量级锁能提升程序同步性能的依据是“对于绝大部分的锁，在整个同步周期内都是不存在竞争的”，这是一个经验数据。如果没有竞争，轻量级锁使用CAS操作避免了使用互斥量的开销，但如果存在锁竞争，除了互斥量的开销外，还额外发生了CAS操作，因此在有竞争的情况下，轻量级锁会比传统的重量级锁更慢。

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• 偏向锁
  • 目的是消除数据在无竞争情况下的同步原语，进一步提高程序的运行性能。如果说轻量级锁是在无竞争的情况下使用CAS操作去消除同步使用的互斥量，那偏向锁就是在无竞争的情况下把整个同步都消除掉，连CAS操作都不做了。
  • 偏向锁会偏向于第一个获得它的线程（Mark Word中的偏向线程ID信息），如果在接下来的执行过程中，该锁没有被其他的线程获取，则持有偏向锁的线程将永远不需要再进行同步。

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• 自旋锁
  • 当竞争存在时，如果线程可以很快获得锁，那么可以不在OS层挂起线程，让线程做几个空操作（自旋）
  • JDK1.6中-XX:+UseSpinning开启
  • JDK1.7中，去掉此参数，改为内置实现
  • 如果同步块很长，自旋失败，会降低系统性能
  • 如果同步块很短，自旋成功，节省线程挂起切换时间，提升系统性能

偏向锁，轻量级锁，自旋锁总结

• 不是Java语言层面的锁优化方法
• 内置于JVM中的获取锁的优化方法和获取锁的步骤
• 偏向锁可用会先尝试偏向锁
• 轻量级锁可用会先尝试轻量级锁
• 以上都失败，尝试自旋锁
• 再失败，尝试普通锁，使用OS互斥量在操作系统层挂起

优化锁

• 减少锁持有时间

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• 减小锁粒度
  • 将大对象，拆成小对象，大大增加并行度，降低锁竞争
  • 偏向锁，轻量级锁成功率提高
  • ConcurrentHashMap
  • HashMap的同步实现
    • Collections.synchronizedMap(Map<K,V> m)
    • 返回SynchronizedMap对象

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• 减小锁粒度
• 锁分离
  • 锁分离是减小锁粒度的一个特例。他依据应用程序的功能特点，将一个独占锁分成多个锁。一个典型的案例就是java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue的实现。在LinkedBlockingQueue的实现中，take()函数和put()函数分别实现了从队列中取得数据和往队列中zeng增加数据的功能。虽然两个函数都对当前队列进行了修改操作，但由于LinkedBlockingQueue是基于链表的，因此，两个操作分别作用于队列的前端和尾端，从理论上来说，两者并不冲突。

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• 锁粗化

  • 通常情况下，为了保证多线程间的有效并发，会要求每个线程持有锁的时间尽量短，即在使用完公共资源后，应该立即释放锁。只有这样，等待在这个锁上的其他线程才能尽早的获得资源执行任务。但是，凡事都有一个度，如果对同一个锁不停的进行请求、同步和释放，其本身也会消耗系统宝贵的资源，反而不利于性能的优化

    
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• 锁消除

  • 不需要锁的地方就去掉。

• 无锁

  • 锁是悲观的操作
  • 无锁是乐观的操作
  • 无锁的一种实现方式
  • CAS(Compare And Swap)
  • 非阻塞的同步
  • CAS(V,E,N)
  • 在应用层面判断多线程的干扰，如果有干扰，则通知线程重试

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CAS

• CAS算法的过程是这样：它包含3个参数CAS(V,E,N)。V表示要更新的变量，E表示预期值，N表示新值。仅当V值=E值时，才会将V的值设为N，如果V值和E值不同，则说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么都不做。最后，CAS返回当前V的真实值。

主要参考

• 《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》