Java Synchronised机制

发表于:2017-3-09 09:42

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 作者:Jacksgong    来源:51Testing软件测试网采编

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java
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  I. 原末
  矛盾1:
  A: 重量级锁中的阻塞(挂起线程/恢复线程): 需要转入内核态中完成,有很大的性能影响。
  B: 锁大多数情况都是在很短的时间执行完成。
  解决方案: 引入轻量锁(通过自旋来完成锁竞争)。
  矛盾2:
  A: 轻量级锁中的自旋: 占用CPU时间,增加CPU的消耗(因此在多核处理器上优势更明显)。
  B: 如果某锁始终是被长期占用,导致自旋如果没有把握好,白白浪费CPU资源。
  解决方案: JDK5中引入默认自旋次数为10(用户可以通过-XX:PreBlockSpin进行修改), JDK6中更是引入了自适应自旋(简单来说如果自旋成功概率高,就会允许等待更长的时间(如100次自旋),如果失败率很高,那很有可能就不做自旋,直接升级为重量级锁,实际场景中,HotSpot认为最佳时间应该是一个线程上下文切换的时间,而是否自旋以及自旋次数更是与对CPUs的负载、CPUs是否处于节电模式等息息相关的)。
  矛盾3:
  A: 无论是轻量级锁还是重量级锁: 在进入与退出时都要通过CAS修改对象头中的Mark Word来进行加锁与释放锁。
  B: 在一些情况下总是同一线程多次获得锁,此时第二次再重新做CAS修改对象头中的Mark Word这样的操作,有些多余。
  解决方案: JDK6引入偏向锁(首次需要通过CAS修改对象头中的Mark Word,之后该线程再进入只需要比较对象头中的Mark Word的Thread ID是否与当前的一致,如果一致说明已经取得锁,就不用再CAS了)。
  矛盾4:
  A: 项目中代码块中可能绝大情况下都是多线程访问。
  B: 每次都是先偏向锁然后过渡到轻量锁,而偏向锁能用到的又很少。
  解决方案: 可以使用-XX:-UseBiasedLocking=false禁用偏向锁。
  矛盾5:
  A: 代码中JDK原生或其他的工具方法中带有大量的加锁。
  B: 实际过程中,很有可能很多加锁是无效的(如局部变量作为锁,由于每次都是新对象新锁,所以没有意义)。
  解决方法: 引入锁削除(虚拟机即时编译器(JIT)运行时,依据逃逸分析的数据检测到不可能存在竞争的锁,就自动将该锁消除)。
  矛盾6:
  A: 为了让锁颗粒度更小,或者原生方法中带有锁,很有可能在一个频繁执行(如循环)中对同一对象加锁。
  B: 由于在频繁的执行中,反复的加锁和解锁,这种频繁的锁竞争带来很大的性能损耗。
  解决方法: 引入锁膨胀(会自动将锁的范围拓展到操作序列(如循环)外, 可以理解为将一些反复的锁合为一个锁放在它们外部)。
  II. 基本原理
  JVM会为每个对象分配一个monitor,而同时只能有一个线程可以获得该对象monitor的所有权。在线程进入时通过monitorenter尝试取得对象monitor所有权,退出时通过monitorexit释放对象monitor所有权。
  monitorenter与monitorexit在编译后对称插入代码。
  monitorenter: 被插入到同步代码块之前。
  monitorexit: 被插到同步代码块之后或异常处。
  1. 相关数据存在哪里?
  对象头。
  对象头结构:
  数组会多1字宽(32位: 4字节)来存储数组长度
  而对象的锁,一般只和Mark Word有关。
  2. 各个锁的关系以及升级情况?
  锁升级是单向的: 无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁
  III. 多线程下数据同步
  这类锁/关键字主要是为了维护数据在高并发情况下的一致性/稳定性。
  1. 数据库中的锁
  共享锁(Share Lock)
  又称为读锁
  多个线程可并发的获得某个数据的共享锁锁,并行读取数据。在数据存在共享锁期间,不能修改数据,不能加排他锁。
  如MySQL中,在查询语句最后加上LOCK IN SHARE MODE。
  排他锁(eXclusive Lock)
  又称为写锁
  同能只能有一个线程可以获得某个数据的排他锁。在线程获取排他锁后,该线程可对数据读写,但是其他线程不能对该数据添加任何锁。
  2. volatile
  如果一个共享变量被声明成volatile,java线程内存模型将会确保所有线程看到这个变量的值是一致的。
  · 基本策略:写操作时,会有Lock前缀指定,处理器会立马将修改直接写回系统内存,并且其他处理器会将该值在其上的高速缓存标为无效。
  · 可能带来的性能消耗:写操作实时写回内存,锁总线/锁内存。
  · 优势:一些场景上相比synchronized,执行成本更低(不会引起线程上下文切换以及调度),使用更方便。
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