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java synchronized 关键字

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 ovirtKg
发布于 2016/10/19 15:19
字数 1506
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多线程环境中最常用的同步方法就是synchronized,在jdk6以后,对其内部实现进行了优化,使其性能 与Reentranlock相差不大。 其调用更为 便捷。

java内存模型规定和指引java程序在不同的cpu、内存架构,os等间有确定性地行为,在多线程尤其重要,java内存模型对一个线程所做的变动 能够被其它线程可见提供了保证。

实现及使用

可用于类方法,实例方法,代码块等。

JVM基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步

java对象 Mark Word里默认存储对象的HashCode,分代年龄和锁标记位。运行期间可根据锁的标志变化 而变化。无锁时 前三位为 001

 

优化策略

减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗,引入了“偏向锁”和“轻量级锁”

线程的唤醒和阻塞 需要CPU从用户态转为核心态,频繁的阻塞和唤醒对CPU来说是一件负担很重的工作。同时我们可以发现,很多对象锁的锁定状态只会持续很短的一段时间,例如整数的自加操作,在很短的时间内阻塞并唤醒线程显然不值得,可以让竞争锁的资源的线程 执行一些简单的操作,如循环 等。但是也不能长时间 忙等待,那会消耗更多的cpu资源 ,应该在一定范围内。在一定时间内不成功再阻塞,尽量降低阻塞的可能性

jdk6的优化  

分为四种状态  无锁状态,偏向锁状态,轻量级锁状态和重量级锁状态,它会随着竞争情况逐渐升级。

偏向锁

SMP(对称多处理器):

 

  1. 其意思是所有的CPU会共享一条系统总线(BUS),靠此总线连接主存。每个核都有自己的一级缓存,各核相对于BUS对称分布,因此这种结构称为“对称多处理器”。
  2. 而CAS的全称为Compare-And-Swap,是一条CPU的原子指令,其作用是让CPU比较后原子地更新某个位置的值,经过调查发现,其实现方式是基于硬件平台的汇编指令,就是说CAS是靠硬件实现的,JVM只是封装了汇编调用,那些AtomicInteger类便是使用了这些封装后的接口。
  3. Core1和Core2可能会同时把主存中某个位置的值Load到自己的L1 Cache中,当Core1在自己的L1 Cache中修改这个位置的值时,会通过总线,使Core2中L1 Cache对应的值“失效”,而Core2一旦发现自己L1 Cache中的值失效(称为Cache命中缺失)则会通过总线从内存中加载该地址最新的值,大家通过总线的来回通信称为“Cache一致性流量”,因为总线被设计为固定的“通信能力”,如果Cache一致性流量过大,总线将成为瓶颈。而当Core1和Core2中的值再次一致时,称为“Cache一致性”,从这个层面来说,锁设计的终极目标便是减少Cache一致性流量。
  4. 而CAS恰好会导致Cache一致性流量,如果有很多线程都共享同一个对象,当某个Core CAS成功时必然会引起总线风暴,这就是所谓的本地延迟,本质上偏向锁就是为了消除CAS,降低Cache一致性流量。

偏向锁就是为了消除CAS,降低Cache一致性流量。

偏向锁适用于没有竞争,多次由同一线程获得。线程获得锁之后,消除这个线程锁重入(CAS)的开销,看起来让这个线程得到了偏护。但是如果有其它线程竞争时,占有资源的线程需释放。并升级为轻量级锁。

过程如下:获取与释放

轻量级锁

线程在执行同步块之前,JVM会先在当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间,并将对象头中的Mark Word复制到锁记录中,官方称为Displaced Mark Word。然后线程尝试使用CAS将对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功,当前线程获得锁,如果失败,则自旋获取锁,当自旋获取锁仍然失败时,表示存在其他线程竞争锁(两条或两条以上的线程竞争同一个锁),则轻量级锁会膨胀成重量级锁。

如果有线程竞争轻量级锁,失败后,自旋仍失败,则升级为重量级锁。占有资源进程释放时,CAS失败,因为指针已经替换为重量级锁,则释放并唤醒等待的线程。

总结 

偏向锁

在无竞争情况下,减少cas操作,减少缓存一致性流量。加锁和解锁不需要额外的消耗,和执行非同步方法比仅存在纳秒级的差距如果线程间存在锁竞争,会带来额外的锁撤销的消耗。适用于只有一个线程访问同步块场景  

轻量级锁

 占有锁时间较短,交替执行,可以通过自旋,减少 线程的频繁阻塞与唤醒。竞争的线程不会阻塞,提高了程序的响应速度,但如果始终得不到锁竞争的线程使用自旋会消耗CPU。还不得到会升级重量级

重量级

线程竞争不使用自旋,不会消耗CPU线程阻塞,响应时间缓慢,追求吞吐量,锁占用时间较长

 

http://www.wxrw123.com/hy/20161011/3292902_2.html   Synchronized锁优化

http://blog.csdn.net/chen77716/article/details/6618779    JVM分析- 锁

http://www.cnblogs.com/paddix/p/5405678.html      Synchronized底层优化(轻量级锁、偏向锁)

http://blog.csdn.net/chenchaofuck1/article/details/51045134   与Reentrantlock比较

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