Java鎖的升級策略是什么

本篇內(nèi)容主要講解“Java鎖的升級策略是什么”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“Java鎖的升級策略是什么”吧!

這三種鎖是指鎖的狀態(tài)，并且是專門針對Synchronized關(guān)鍵字。JDK 1.6 為了減少"重量級鎖"的性能消耗，引入了“偏向鎖”和“輕量級鎖”，鎖一共擁有4種狀態(tài)：無鎖狀態(tài)、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖。鎖狀態(tài)是通過對象頭的Mark Word來進行標記的：

鎖可以升級但不能降級，意味著偏向鎖升級成輕量級鎖后不能降級成偏向鎖，這種鎖升級卻不能降級的策略，是為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率

重量級鎖：依賴于底層操作系統(tǒng)的Mutex Lock，線程會被阻塞住

缺點：加鎖和解鎖需要從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)，性能消耗較大

輕量級鎖：基于重量級鎖進行了優(yōu)化(避免上下文切換，提高了性能)，它假設(shè)多線程競爭是互相錯開的，不會發(fā)生線程阻塞，呢么上下文切換就是多余的

第一個特點：采用了CAS操作加鎖和解鎖，由于輕量級鎖的鎖記錄(Lock Record)是存放在對象頭和線程空間里的，因此加鎖和解鎖不需要上下文切換，性能消耗較小

第二個特點：一旦發(fā)生多線程競爭，首先基于“自旋鎖”思想，自旋CPU循環(huán)等待一段時間，不會發(fā)生上下文切換，如果還是無法獲得鎖，就將鎖升級為重量級鎖

偏向鎖：基于輕量級鎖進行了優(yōu)化(減少多次的加鎖和解鎖，提高了性能)，它假設(shè)整個過程只有一個線程獲得鎖，呢么多次的加鎖和解鎖就是多余的

特點：在第一次獲得鎖之后不會釋放鎖，它會一直持有鎖，后續(xù)進入鎖時只需檢查一下鎖狀態(tài)和偏向線程ID是否為自己，從而省去了多次的加鎖和解鎖

1.偏向鎖

獲取鎖：

檢測對象頭的Mark Word是否為可偏向狀態(tài)(即是否為偏向鎖1，鎖標志位是否為01)，如果不是，嘗試競爭鎖：嘗試CAS操作將Mark Word的線程ID設(shè)置為當(dāng)前線程ID，以表示線程獲得鎖，如果失敗說明鎖已被占用

若為可偏向狀態(tài)，則檢查線程ID是否為當(dāng)前線程ID，如果是則表示當(dāng)前線程已經(jīng)持有鎖(鎖的可重入)，否則說明鎖已被占用

如果鎖已被占用，只能撤銷偏向鎖為無鎖狀態(tài)或輕量級鎖

釋放鎖：（偏向鎖使用了一種等到競爭出現(xiàn)才釋放鎖的機制，線程是不會主動釋放偏向鎖的，只有當(dāng)其他線程競爭偏向鎖時，持有偏向鎖的線程才會釋放鎖）

偏向鎖的撤銷需要等待全局安全點(在這個時間點沒有正在執(zhí)行的字節(jié)碼)，暫停擁有偏向鎖的線程，檢查持有偏向鎖的線程是否還活著

如果線程掛了，則將對象頭設(shè)置成無鎖狀態(tài)；如果線程仍然活著，則將對象頭設(shè)置為輕量級鎖(鎖的升級)，最終輕量級鎖一定會被釋放

2.輕量級鎖

獲取鎖：

檢測對象頭的Mark Word是否為輕量級鎖(鎖標志位為00)，如果不是，嘗試競爭鎖：JVM首先在當(dāng)前線程的棧幀中建立一個鎖記錄(Lock Record)，用于備份存儲對象頭的Mark Word(官方把這份拷貝加了一個Displaced前綴，稱為Displaced Mark Word)，然后JVM嘗試CAS操作將Mark Word更新為指向Lock Record的指針，以表示線程獲得鎖，如果失敗說明鎖已被占用

若為輕量級鎖，判斷對象頭的Mark Word是否指向當(dāng)前線程的棧幀的Lock Record，如果是則表示當(dāng)前線程已經(jīng)持有鎖(鎖的可重入)，否則說明鎖已被占用

如果鎖已被占用，當(dāng)前線程便嘗試自旋CPU來獲取鎖，自旋一定次數(shù)后輕量級鎖會膨脹為重量級鎖(鎖標志位變成10)，線程進入阻塞

釋放鎖：

嘗試CAS操作將Displaced Mark Word中替換回對象頭，如果成功，說明輕量級鎖釋放成功

如果CAS操作失敗，說明存在鎖競爭，鎖已經(jīng)膨脹成重量級鎖，需要在釋放鎖的同時喚醒那些被掛起的線程

3.重量級鎖

重量級鎖依賴于底層操作系統(tǒng)的Mutex Lock，所有線程都會被阻塞住，線程之間的切換需要從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)，切換成本非常高。

總結(jié)：鎖的優(yōu)缺點對比

偏向鎖(Biased Lock)      加鎖和解鎖不需要額外的消耗，和執(zhí)行非同步方法相比僅存在納秒級的差距      如果線程間存在鎖競爭，會帶來額外的鎖撤銷      適用于只有一個線程訪問              輕量級鎖(Lightweight Lock)      競爭的線程不會阻塞，提高了程序的響應(yīng)速度      對于得不到鎖的線程，自旋會消耗CPU      追求響應(yīng)時間，或者要求臨界區(qū)簡短，自旋不會占用CPU過久              重量級鎖(Heavyweight Lock)      線程競爭不使用自旋，不會消耗CPU資源      線程阻塞，響應(yīng)時間緩慢      追求吞吐量

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