synchronized 在 JDK 1.5 時(shí)性能是比較低的叼耙，然而在后續(xù)的版本中經(jīng)過各種優(yōu)化迭代腕窥，它的性能也得到了前所未有的提升，之前說到過鎖膨脹對 synchronized 性能的提升筛婉，然而它也只是“眾多” synchronized 性能優(yōu)化方案中的一種簇爆，那么我們本文就來盤點(diǎn)一下 synchronized 的核心優(yōu)化方案。
synchronized 核心優(yōu)化方案主要包含以下 4 個：
- 鎖膨脹
- 鎖消除
- 鎖粗化
- 自適應(yīng)自旋鎖
1.鎖膨脹
我們先來回顧一下鎖膨脹對 synchronized 性能的影響爽撒，所謂的鎖膨脹是指 synchronized 從無鎖升級到偏向鎖入蛆，再到輕量級鎖，最后到重量級鎖的過程硕勿，它叫做鎖膨脹也叫做鎖升級哨毁。
JDK 1.6 之前，synchronized 是重量級鎖源武，也就是說 synchronized 在釋放和獲取鎖時(shí)都會從用戶態(tài)轉(zhuǎn)換成內(nèi)核態(tài)扼褪，而轉(zhuǎn)換的效率是比較低的。但有了鎖膨脹機(jī)制之后粱栖，synchronized 的狀態(tài)就多了無鎖话浇、偏向鎖以及輕量級鎖了，這時(shí)候在進(jìn)行并發(fā)操作時(shí)闹究，大部分的場景都不需要用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的轉(zhuǎn)換了幔崖，這樣就大幅的提升了 synchronized 的性能。
2.鎖消除
很多人都了解 synchronized 中鎖膨脹的機(jī)制，但對接下來的 3 項(xiàng)優(yōu)化卻知之甚少岖瑰，這樣會在面試中錯失良機(jī)叛买，那么我們本文就把這 3 項(xiàng)優(yōu)化單獨(dú)拎出來講一下吧砂代。
鎖消除指的是在某些情況下蹋订，JVM 虛擬機(jī)如果檢測不到某段代碼被共享和競爭的可能性，就會將這段代碼所屬的同步鎖消除掉刻伊，從而<typo id="typo-672" data-origin="到底" ignoretag="true">到底</typo>提高程序性能的目的露戒。
鎖消除的依據(jù)是逃逸分析的數(shù)據(jù)支持，如 StringBuffer 的 append() 方法捶箱，或 Vector 的 add() 方法智什，在很多情況下是可以進(jìn)行鎖消除的，比如以下這段代碼：
public String method() {
StringBuffer sb = new StringBuffer();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
sb.append("i:" + i);
}
return sb.toString();
}
以上代碼經(jīng)過編譯之后的字節(jié)碼如下：
從上述結(jié)果可以看出丁屎，之前我們寫的線程安全的加鎖的 StringBuffer 對象荠锭，在生成字節(jié)碼之后就被替換成了不加鎖不安全的 StringBuilder 對象了，原因是 StringBuffer 的變量屬于一個局部變量晨川，并且不會從該方法中逃逸出去证九，所以此時(shí)我們就可以使用鎖消除（不加鎖）來加速程序的運(yùn)行。
3.鎖粗化
鎖粗化是指共虑，將多個連續(xù)的加鎖愧怜、解鎖操作連接在一起，擴(kuò)展成一個范圍更大的鎖妈拌。
我只聽說鎖“細(xì)化”可以提高程序的執(zhí)行效率拥坛，也就是將鎖的范圍盡可能縮小，這樣在鎖競爭時(shí)尘分，等待獲取鎖的線程才能更早<typo id="typo-1221" data-origin="的" ignoretag="true">的</typo>獲取鎖猜惋，從而提高程序的運(yùn)行效率，但鎖粗化是如何提高性能的呢培愁？
沒錯惨奕，鎖細(xì)化的觀點(diǎn)在大多數(shù)情況下都是成立了，但是一系列連續(xù)加鎖和解鎖的操作竭钝，也會導(dǎo)致不必要的性能開銷梨撞，從而影響程序的執(zhí)行效率，比如這段代碼：
public String method() {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 偽代碼：加鎖操作
sb.append("i:" + i);
// 偽代碼：解鎖操作
}
return sb.toString();
}
這里我們不考慮編譯器優(yōu)化的情況香罐，如果在 for 循環(huán)中定義鎖卧波，那么鎖的范圍很小，但每次 for 循環(huán)都需要進(jìn)行加鎖和釋放鎖的操作庇茫，性能是很低的港粱；但如果我們直接在 for 循環(huán)的外層加一把鎖，那么對于同一個對象操作這段代碼的性能就會提高很多，如下偽代碼所示：
public String method() {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
// 偽代碼：加鎖操作
for (int i = 0; i < 10; i++) {
sb.append("i:" + i);
}
// 偽代碼：解鎖操作
return sb.toString();
}
鎖粗化的作用：如果檢測到同一個對象執(zhí)行了連續(xù)的加鎖和解鎖的操作查坪，則會將這一系列操作合并成一個更大的鎖寸宏，從而提升程序的執(zhí)行效率。
4.自適應(yīng)自旋鎖
自旋鎖是指通過自身循環(huán)偿曙，嘗試獲取鎖的一種方式氮凝，偽代碼實(shí)現(xiàn)如下：
// 嘗試獲取鎖
while(!isLock()){
}
自旋鎖優(yōu)點(diǎn)在于它避免一些線程的掛起和恢復(fù)操作，因?yàn)閽炱鹁€程和恢復(fù)線程都需要從用戶態(tài)轉(zhuǎn)入內(nèi)核態(tài)望忆，這個過程是比較慢的罩阵，所以通過自旋的方式可以一定程度上避免線程掛起和恢復(fù)所造成的性能開銷。
但是启摄，如果長時(shí)間自旋還獲取不到鎖稿壁，那么也會造成一定的資源浪費(fèi)，所以我們通常會給自旋設(shè)置一個固定的值來避免一直自旋的性能開銷歉备。然而對于 synchronized 關(guān)鍵字來說傅是，它的自旋鎖更加的“智能”，synchronized 中的自旋鎖是自適應(yīng)自旋鎖蕾羊，這就好比之前一直開的手動擋的三輪車喧笔，而經(jīng)過了 JDK 1.6 的優(yōu)化之后，我們的這部“車”，一下子變成自動擋的蘭博基尼了。
自適應(yīng)自旋鎖是指陶舞，線程自旋的次數(shù)不再是固定的值缀雳，而是一個動態(tài)改變的值，這個值會根據(jù)前一次自旋獲取鎖的狀態(tài)來決定此次自旋的次數(shù)。比如上一次通過自旋成功獲取到了鎖，那么這次通過自旋也有可能會獲取到鎖，所以這次自旋的次數(shù)就會增多一些梳侨，而如果上一次通過自旋沒有成功獲取到鎖，那么這次自旋可能也獲取不到鎖日丹，所以為了避免資源的浪費(fèi)走哺，就會少循環(huán)或者不循環(huán)，以提高程序的執(zhí)行效率哲虾。簡單來說丙躏，如果線程自旋成功了，則下次自旋的次數(shù)會增多束凑，如果失敗晒旅，下次自旋的次數(shù)會減少。
總結(jié)
本文我們介紹了 4 種優(yōu)化 synchronized 的方案汪诉，其中鎖膨脹和自適應(yīng)自旋鎖是 synchronized 關(guān)鍵字自身的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)废恋，而鎖消除和鎖粗化是 JVM 虛擬機(jī)對 synchronized 提供的優(yōu)化方案，這些優(yōu)化方案最終使得 synchronized 的性能得到了大幅的提升，也讓它在并發(fā)編程中占據(jù)了一席之地鱼鼓。
作者：Java中文社群
原文鏈接：https://juejin.cn/post/6994443415911923719
