Java在語言上支持了鎖的特性袒餐，在很多常用類的實現(xiàn)中也使用了鎖础废，對于Java開發(fā)者來說就可以很方便的使用這些鎖及常用類篡诽。但是，隨著鎖的頻繁使用及錯用席镀，隨之而來的就是程序執(zhí)行效率變低匹中、應(yīng)用變的緩慢。為了提高線程對共享數(shù)據(jù)訪問的效率豪诲，HotSpot虛擬機(jī)從JDK1.5到JDK1.6做了重大改進(jìn)顶捷，提供了很多鎖優(yōu)化技術(shù)，包括自旋鎖屎篱、自適應(yīng)自旋鎖服赎、鎖消除、鎖粗化交播、輕量級鎖和偏向鎖重虑。
自旋鎖
線程的執(zhí)行是通過競爭獲取處理器的執(zhí)行時間才執(zhí)行的。當(dāng)線程掛起或恢復(fù)執(zhí)行的時秦士，會從用戶態(tài)轉(zhuǎn)入內(nèi)核態(tài)中完成缺厉，這種操作是很消耗時間的，在并發(fā)情況下對應(yīng)用和系統(tǒng)來說都有很大壓力。HotSpot虛擬機(jī)的開發(fā)人員注意到很多應(yīng)用對共享數(shù)據(jù)鎖定的時間都是很短暫的提针，為了這短暫的時間而掛起和恢復(fù)線程是不值得的命爬。所以，線程并發(fā)請求鎖的時候辐脖，讓后來的線程在不放棄處理器執(zhí)行時間的情況下稍等一下遇骑，線程做自旋，自旋期間觀察持有鎖的線程是否會很快釋放鎖揖曾，這種技術(shù)就是所謂的自旋鎖。
自旋鎖在JDK1.6中是默認(rèn)開啟的亥啦，默認(rèn)自旋次數(shù)是10次炭剪，可以使用參數(shù)-XX:PreBlockSpin修改默認(rèn)值。雖然翔脱，自旋鎖避免了線程掛起和恢復(fù)的開銷奴拦，但是它占用了處理器的執(zhí)行時間，如果鎖占用時間很短届吁，自旋鎖效果很好错妖，否則會浪費處理器的執(zhí)行時間，影響應(yīng)用的整體性能疚沐。
自適應(yīng)自旋鎖
在JDK1.6中引入了自適應(yīng)自旋鎖暂氯，自旋的次數(shù)由上一次在同一個鎖上自旋的時間和鎖持有者的狀態(tài)來決定。如果上一次同一個鎖通過自旋剛剛被獲取亮蛔，并且持有鎖的線程正在運行痴施，那么虛擬機(jī)認(rèn)為本次自旋也會成功，將會自旋相對長的時間獲取鎖究流。如果同一個鎖很少通過自旋成功被獲取辣吃，那么虛擬機(jī)認(rèn)為本次自旋也會失敗，不會執(zhí)行自旋操作芬探。
鎖消除
一些使用了鎖控制的代碼神得，在虛擬機(jī)即時編譯器運行時檢測到不存在對共享數(shù)據(jù)的競爭訪問，也就是代碼只會被一個線程訪問偷仿，此時會對鎖進(jìn)行消除哩簿，這項優(yōu)化稱為鎖消除。鎖消除的主要判斷依據(jù)來源于逃逸分析(即分析對象的動態(tài)作用域炎疆，一個對象在方法內(nèi)被定義后卡骂，在別的方法或線程中無法通過任何途徑訪問到這個對象，則可以進(jìn)行一些優(yōu)化操作)的數(shù)據(jù)支持形入。
鎖粗化
大多數(shù)情況下全跨，為了提高程序的執(zhí)行效率，會縮小鎖作用的范圍亿遂。但是浓若，對于一些連續(xù)操作都對同一個對象進(jìn)行反復(fù)加鎖渺杉、釋放鎖的情況來說，縮小鎖的作用范圍會消耗更多的資源挪钓，這種情況需要擴(kuò)大鎖的作用范圍是越，這項優(yōu)化稱為鎖粗化。
輕量級鎖
了解輕量級鎖之前碌上，先了解一下Java對象在內(nèi)存中存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)倚评。在HotSpot虛擬機(jī)中，Java對象在內(nèi)存中存儲的布局分為3塊區(qū)域：對象頭馏予、實例數(shù)據(jù)和對齊填充天梧。對象頭包含兩部分，第一部分包含對象的HashCode霞丧、分代年齡呢岗、鎖標(biāo)志位、線程持有的鎖蛹尝、偏向線程ID等數(shù)據(jù)后豫，這部分?jǐn)?shù)據(jù)的長度在32位和64位虛擬機(jī)中分別為32bit和64bit，官方稱為Mark World突那〈炷穑考慮到虛擬機(jī)的空間效率，Mark World內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是非固定的陨收，也就是說對象頭中存儲的內(nèi)容是不固定的饭豹，下圖展示了不同狀態(tài)下，對象頭中存儲的內(nèi)容：
當(dāng)代碼執(zhí)行到同步代碼時务漩，如果此時對象的鎖未被鎖定(鎖標(biāo)志位位01)拄衰，虛擬機(jī)將在當(dāng)前線程的棧幀中創(chuàng)建一個名為Lock Record空間，這個空間用于存儲當(dāng)前對象的Mark World拷貝饵骨，具體如下圖所示翘悉。
接著，虛擬機(jī)使用CAS嘗試將對象的對象頭Mark Wolrd指向Lock Record居触，也就是在Mark Wolrd的30bit存儲Lock Record的起始地址妖混，具體如下圖所示。如果上述操作執(zhí)行成功轮洋，當(dāng)前線程就持有了對象的鎖制市，此時對象處于輕量級鎖鎖定狀態(tài)，對應(yīng)的鎖標(biāo)志位為00弊予。
如果上述操作執(zhí)行失敗祥楣，首先會檢查對象的對象頭Mark World是否指向了當(dāng)前線程棧幀中的Lock Record，如果指向了則表示當(dāng)前線程已經(jīng)持有了對象的鎖，否則表示對象的鎖已經(jīng)被其它線程持有误褪，鎖膨脹為重量級鎖责鳍，線程掛起等待。
輕量級鎖的釋放過程兽间，通過CAS將Lock Record中存儲的Mark Wolrd拷貝替換回對象的對象頭Mark Wolrd中历葛，替換成功則鎖釋放成功，否則表示有其它線程嘗試獲取過鎖嘀略，釋放鎖的同時恤溶，喚醒掛起的線程，這里筆者的理解是此時鎖膨脹為重量級鎖帜羊，喚醒等待線程競爭宏娄。
偏向鎖
鎖對象第一次被線程持有的時候，虛擬機(jī)通過CAS把獲取到這個鎖的線程ID記錄到對象頭Mark World中逮壁，操作成功則成功獲取偏向鎖，對象頭中的鎖標(biāo)志位設(shè)置為01粮宛。持有偏向鎖的線程每次執(zhí)行到這段同步代碼時窥淆，不需要任何同步操作，這項優(yōu)化稱為偏向鎖巍杈。
當(dāng)有其它線程嘗試獲取對象的鎖時忧饭，終止偏向模式，同時根據(jù)鎖是否處于鎖定狀態(tài)筷畦，撤銷偏向鎖恢復(fù)到未鎖定或輕量級鎖狀態(tài)词裤。
END
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