Java多线程中锁的理解与优化

  时间:2018-11-19
本文章向大家介绍JAVA多线程中“锁”的概念的理解及优化深入分析,需要的朋友可以参考一下

为了性能与使用的场景,Java实现锁的方式有非常多。而关于锁主要的实现包含synchronized关键字AQS框架下的锁,其中的实现都离不开以下的策略。

悲观锁与乐观锁

  • 乐观锁。乐观的想法,认为并发读多写少。每次操作的时候都不上锁,直到更新的时候才通过CAS判断更新。对于AQS框架下的锁,初始就是乐观锁,若CAS失败则转化为悲观锁。
  • 悲观锁。悲观的想法,认为并发写多读少。每次操作数据都上锁,即使别人想读也要先获得锁才能读。对于1.6以前的synchronized关键字,则是悲观锁的实现之一。

CAS无锁算法

全称为 Compare and Swap。CAS有三个操作数,内存值V,旧预期值(已获得的旧数据)A,修改新值B。当且仅当V与A的值相同(compare),才能把V替换为B(Swap)。其中Java中内存值可以通过volatile关键字标识获取,该关键词可以使变量对所有线程实时可见。

CAS算法在锁的应用非常广泛,java中concurrent包的高性能都是基于这个算法,可以说没有CAS,并发包的高性能也就不存在了。

重量级锁

悲观锁的一种。互斥使代码执行可以同步,但这种方式成本比较高,涉及到操作系统的调用阻塞,会造成一些系统资源的浪费。1.6以前,在Java中的即是监视器锁,把.java文件编程成.class文件后能看到synchronized关键字就是通过monitorenter和monitorexit这个两个字节码指令来实现的。

轻量级锁

由于在没有很多线程竞争的前提下,重量级锁会导致性能资源的浪费。每次判断是否无锁,无锁则建锁记录,有锁通过CAS去尝试获取锁(对比Mark Word)。该过程失败会让锁膨胀为重量级锁。

偏向锁

是轻量级锁的优化,适用于无多线程竞争。虽然轻量级锁在可以在较少线程竞争下,减少操作系统调用,减少互斥变量的产生。但在理想情况下,线程很少发生线程竞争,在轻量级锁中,还是会有比较多的CAS操作。在偏向锁中,有一个锁记录(Mark word)标记为偏向,指向当前线程。若该指向不变,则只需要判断记录是否有被切换。如果被切换了,尝试CAS替换指向,后续一直执行同步代码块。当CAS替换指向失败,则说明存在多线程竞争,此时锁会膨胀为轻量级锁。

自旋锁

是锁竞争失败后执行的策略之一,对应的有阻塞的锁。在线程竞争锁失败后,阻塞的锁会把线程阻塞,直到有信号唤起才能继续执行线程,此过程会涉及用户态与系统态的转换,产生性能消耗。而自旋锁在锁竞争失败后,会把线程做自旋,避免线程进入阻塞。在自旋过程中,会不断的尝试去竞争锁。
但如果线程一直自旋都获取不到锁,也会产生很多CPU的性能消耗,所以也有一个自适应的自旋锁(控制自旋的时间)解决这个问题。

 

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