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之前做過(guò)一個(gè)測(cè)試，詳情見(jiàn)這篇文章《多線程 +1操作的幾種實(shí)現(xiàn)方式哎壳，及效率對(duì)比》毅待，當(dāng)時(shí)對(duì)這個(gè)測(cè)試結(jié)果很疑惑，反復(fù)執(zhí)行過(guò)多次归榕，發(fā)現(xiàn)結(jié)果是一樣的:
1. 單線程下synchronized效率最高（當(dāng)時(shí)感覺(jué)它的效率應(yīng)該是最差才對(duì)）尸红；
2. AtomicInteger效率最不穩(wěn)定，不同并發(fā)情況下表現(xiàn)不一樣：短時(shí)間低并發(fā)下刹泄，效率比synchronized高外里，有時(shí)甚至比LongAdder還高出一點(diǎn)，但是高并發(fā)下循签，性能還不如synchronized级乐，不同情況下性能表現(xiàn)很不穩(wěn)定；
3. LongAdder性能穩(wěn)定县匠，在各種并發(fā)情況下表現(xiàn)都不錯(cuò)风科，整體表現(xiàn)最好,短時(shí)間的低并發(fā)下比AtomicInteger性能差一點(diǎn)，長(zhǎng)時(shí)間高并發(fā)下性能最高（可以讓AtomicInteger下臺(tái)了）乞旦；

這篇文章我們就去揭秘贼穆，為什么會(huì)是這個(gè)測(cè)試結(jié)果！

理解鎖的基礎(chǔ)知識(shí)

如果想要透徹的理解java鎖的來(lái)龍去脈兰粉，需要先了解以下基礎(chǔ)知識(shí)故痊。

基礎(chǔ)知識(shí)之一：鎖的類型

鎖從宏觀上分類，分為悲觀鎖與樂(lè)觀鎖玖姑。

樂(lè)觀鎖

樂(lè)觀鎖是一種樂(lè)觀思想愕秫，即認(rèn)為讀多寫少慨菱，遇到并發(fā)寫的可能性低，每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人不會(huì)修改戴甩，所以不會(huì)上鎖符喝，但是在更新的時(shí)候會(huì)判斷一下在此期間別人有沒(méi)有去更新這個(gè)數(shù)據(jù)，采取在寫時(shí)先讀出當(dāng)前版本號(hào)甜孤，然后加鎖操作（比較跟上一次的版本號(hào)协饲，如果一樣則更新），如果失敗則要重復(fù)讀-比較-寫的操作缴川。

java中的樂(lè)觀鎖基本都是通過(guò)CAS操作實(shí)現(xiàn)的茉稠，CAS是一種更新的原子操作，比較當(dāng)前值跟傳入值是否一樣把夸，一樣則更新而线，否則失敗。

悲觀鎖

悲觀鎖是就是悲觀思想恋日，即認(rèn)為寫多吞获，遇到并發(fā)寫的可能性高，每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人會(huì)修改谚鄙，所以每次在讀寫數(shù)據(jù)的時(shí)候都會(huì)上鎖，這樣別人想讀寫這個(gè)數(shù)據(jù)就會(huì)block直到拿到鎖刁绒。java中的悲觀鎖就是Synchronized,AQS框架下的鎖則是先嘗試cas樂(lè)觀鎖去獲取鎖闷营，獲取不到，才會(huì)轉(zhuǎn)換為悲觀鎖知市，如RetreenLock傻盟。

基礎(chǔ)知識(shí)之二：java線程阻塞的代價(jià)

java的線程是映射到操作系統(tǒng)原生線程之上的，如果要阻塞或喚醒一個(gè)線程就需要操作系統(tǒng)介入嫂丙，需要在戶態(tài)與核心態(tài)之間切換娘赴，這種切換會(huì)消耗大量的系統(tǒng)資源，因?yàn)橛脩魬B(tài)與內(nèi)核態(tài)都有各自專用的內(nèi)存空間跟啤，專用的寄存器等诽表，用戶態(tài)切換至內(nèi)核態(tài)需要傳遞給許多變量、參數(shù)給內(nèi)核隅肥，內(nèi)核也需要保護(hù)好用戶態(tài)在切換時(shí)的一些寄存器值竿奏、變量等，以便內(nèi)核態(tài)調(diào)用結(jié)束后切換回用戶態(tài)繼續(xù)工作腥放。

1. 如果線程狀態(tài)切換是一個(gè)高頻操作時(shí)泛啸，這將會(huì)消耗很多CPU處理時(shí)間；
2. 如果對(duì)于那些需要同步的簡(jiǎn)單的代碼塊秃症，獲取鎖掛起操作消耗的時(shí)間比用戶代碼執(zhí)行的時(shí)間還要長(zhǎng)候址，這種同步策略顯然非常糟糕的吕粹。

synchronized會(huì)導(dǎo)致?tīng)?zhēng)用不到鎖的線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)，所以說(shuō)它是java語(yǔ)言中一個(gè)重量級(jí)的同步操縱岗仑，被稱為重量級(jí)鎖匹耕，為了緩解上述性能問(wèn)題，JVM從1.5開(kāi)始赔蒲，引入了輕量鎖與偏向鎖泌神，默認(rèn)啟用了自旋鎖，他們都屬于樂(lè)觀鎖舞虱。

明確java線程切換的代價(jià)欢际，是理解java中各種鎖的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)之一。

基礎(chǔ)知識(shí)之三：markword

在介紹java鎖之前矾兜，先說(shuō)下什么是markword损趋，markword是java對(duì)象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的一部分，要詳細(xì)了解java對(duì)象的結(jié)構(gòu)可以點(diǎn)擊這里,這里只做markword的詳細(xì)介紹椅寺，因?yàn)閷?duì)象的markword和java各種類型的鎖密切相關(guān)浑槽；

markword數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度在32位和64位的虛擬機(jī)（未開(kāi)啟壓縮指針）中分別為32bit和64bit，它的最后2bit是鎖狀態(tài)標(biāo)志位返帕，用來(lái)標(biāo)記當(dāng)前對(duì)象的狀態(tài)桐玻，對(duì)象的所處的狀態(tài)，決定了markword存儲(chǔ)的內(nèi)容荆萤，如下表所示:

32位虛擬機(jī)在不同狀態(tài)下markword結(jié)構(gòu)如下圖所示：

image.png

了解了markword結(jié)構(gòu)偏竟，有助于后面了解java鎖的加鎖解鎖過(guò)程；

小結(jié)

前面提到了java的4種鎖敞峭，他們分別是重量級(jí)鎖踊谋、自旋鎖、輕量級(jí)鎖和偏向鎖旋讹，
不同的鎖有不同特點(diǎn)殖蚕，每種鎖只有在其特定的場(chǎng)景下，才會(huì)有出色的表現(xiàn)沉迹，java中沒(méi)有哪種鎖能夠在所有情況下都能有出色的效率嫌褪，引入這么多鎖的原因就是為了應(yīng)對(duì)不同的情況；

前面講到了重量級(jí)鎖是悲觀鎖的一種胚股，自旋鎖笼痛、輕量級(jí)鎖與偏向鎖屬于樂(lè)觀鎖，所以現(xiàn)在你就能夠大致理解了他們的適用范圍，但是具體如何使用這幾種鎖呢缨伊，就要看后面的具體分析他們的特性摘刑；

java中的鎖

自旋鎖

自旋鎖原理非常簡(jiǎn)單，如果持有鎖的線程能在很短時(shí)間內(nèi)釋放鎖資源刻坊，那么那些等待競(jìng)爭(zhēng)鎖的線程就不需要做內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)之間的切換進(jìn)入阻塞掛起狀態(tài)枷恕，它們只需要等一等（自旋），等持有鎖的線程釋放鎖后即可立即獲取鎖谭胚，這樣就避免用戶線程和內(nèi)核的切換的消耗徐块。

但是線程自旋是需要消耗cup的，說(shuō)白了就是讓cup在做無(wú)用功灾而，如果一直獲取不到鎖胡控，那線程也不能一直占用cup自旋做無(wú)用功，所以需要設(shè)定一個(gè)自旋等待的最大時(shí)間旁趟。

如果持有鎖的線程執(zhí)行的時(shí)間超過(guò)自旋等待的最大時(shí)間扔沒(méi)有釋放鎖昼激，就會(huì)導(dǎo)致其它爭(zhēng)用鎖的線程在最大等待時(shí)間內(nèi)還是獲取不到鎖，這時(shí)爭(zhēng)用線程會(huì)停止自旋進(jìn)入阻塞狀態(tài)锡搜。

自旋鎖的優(yōu)缺點(diǎn)

自旋鎖盡可能的減少線程的阻塞橙困，這對(duì)于鎖的競(jìng)爭(zhēng)不激烈，且占用鎖時(shí)間非常短的代碼塊來(lái)說(shuō)性能能大幅度的提升耕餐，因?yàn)樽孕南臅?huì)小于線程阻塞掛起再喚醒的操作的消耗凡傅，這些操作會(huì)導(dǎo)致線程發(fā)生兩次上下文切換！

但是如果鎖的競(jìng)爭(zhēng)激烈肠缔，或者持有鎖的線程需要長(zhǎng)時(shí)間占用鎖執(zhí)行同步塊像捶，這時(shí)候就不適合使用自旋鎖了，因?yàn)樽孕i在獲取鎖前一直都是占用cpu做無(wú)用功桩砰，占著XX不XX，同時(shí)有大量線程在競(jìng)爭(zhēng)一個(gè)鎖释簿，會(huì)導(dǎo)致獲取鎖的時(shí)間很長(zhǎng)亚隅，線程自旋的消耗大于線程阻塞掛起操作的消耗，其它需要cup的線程又不能獲取到cpu庶溶，造成cpu的浪費(fèi)煮纵。所以這種情況下我們要關(guān)閉自旋鎖；

自旋鎖時(shí)間閾值

自旋鎖的目的是為了占著CPU的資源不釋放偏螺，等到獲取到鎖立即進(jìn)行處理行疏。但是如何去選擇自旋的執(zhí)行時(shí)間呢？如果自旋執(zhí)行時(shí)間太長(zhǎng)套像，會(huì)有大量的線程處于自旋狀態(tài)占用CPU資源酿联，進(jìn)而會(huì)影響整體系統(tǒng)的性能。因此自旋的周期選的額外重要！

JVM對(duì)于自旋周期的選擇贞让，jdk1.5這個(gè)限度是一定的寫死的周崭，在1.6引入了適應(yīng)性自旋鎖，適應(yīng)性自旋鎖意味著自旋的時(shí)間不在是固定的了喳张，而是由前一次在同一個(gè)鎖上的自旋時(shí)間以及鎖的擁有者的狀態(tài)來(lái)決定续镇，基本認(rèn)為一個(gè)線程上下文切換的時(shí)間是最佳的一個(gè)時(shí)間，同時(shí)JVM還針對(duì)當(dāng)前CPU的負(fù)荷情況做了較多的優(yōu)化

1. 如果平均負(fù)載小于CPUs則一直自旋

2. 如果有超過(guò)(CPUs/2)個(gè)線程正在自旋销部，則后來(lái)線程直接阻塞

3. 如果正在自旋的線程發(fā)現(xiàn)Owner發(fā)生了變化則延遲自旋時(shí)間（自旋計(jì)數(shù)）或進(jìn)入阻塞

4. 如果CPU處于節(jié)電模式則停止自旋

5. 自旋時(shí)間的最壞情況是CPU的存儲(chǔ)延遲（CPU A存儲(chǔ)了一個(gè)數(shù)據(jù)摸航，到CPU B得知這個(gè)數(shù)據(jù)直接的時(shí)間差）

6. 自旋時(shí)會(huì)適當(dāng)放棄線程優(yōu)先級(jí)之間的差異

自旋鎖的開(kāi)啟

JDK1.6中-XX:+UseSpinning開(kāi)啟；
-XX:PreBlockSpin=10 為自旋次數(shù)舅桩；
JDK1.7后酱虎，去掉此參數(shù)，由jvm控制江咳；

重量級(jí)鎖Synchronized

Synchronized的作用

在JDK1.5之前都是使用synchronized關(guān)鍵字保證同步的逢净，Synchronized的作用相信大家都已經(jīng)非常熟悉了；

它可以把任意一個(gè)非NULL的對(duì)象當(dāng)作鎖歼指。

1. 作用于方法時(shí)爹土，鎖住的是對(duì)象的實(shí)例(this)；
2. 當(dāng)作用于靜態(tài)方法時(shí)踩身，鎖住的是Class實(shí)例胀茵，又因?yàn)镃lass的相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在永久帶PermGen（jdk1.8則是metaspace），永久帶是全局共享的挟阻，因此靜態(tài)方法鎖相當(dāng)于類的一個(gè)全局鎖琼娘，會(huì)鎖所有調(diào)用該方法的線程；
3. synchronized作用于一個(gè)對(duì)象實(shí)例時(shí)附鸽，鎖住的是所有以該對(duì)象為鎖的代碼塊脱拼。

Synchronized的實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)如下圖所示；

image.png

它有多個(gè)隊(duì)列坷备，當(dāng)多個(gè)線程一起訪問(wèn)某個(gè)對(duì)象監(jiān)視器的時(shí)候熄浓，對(duì)象監(jiān)視器會(huì)將這些線程存儲(chǔ)在不同的容器中。

1. Contention List：競(jìng)爭(zhēng)隊(duì)列省撑，所有請(qǐng)求鎖的線程首先被放在這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)隊(duì)列中赌蔑；

2. Entry List：Contention List中那些有資格成為候選資源的線程被移動(dòng)到Entry List中；

3. Wait Set：哪些調(diào)用wait方法被阻塞的線程被放置在這里竟秫；

4. OnDeck：任意時(shí)刻娃惯，最多只有一個(gè)線程正在競(jìng)爭(zhēng)鎖資源，該線程被成為OnDeck肥败；

5. Owner：當(dāng)前已經(jīng)獲取到所資源的線程被稱為Owner趾浅；

6. !Owner：當(dāng)前釋放鎖的線程愕提。

JVM每次從隊(duì)列的尾部取出一個(gè)數(shù)據(jù)用于鎖競(jìng)爭(zhēng)候選者（OnDeck），但是并發(fā)情況下潮孽，ContentionList會(huì)被大量的并發(fā)線程進(jìn)行CAS訪問(wèn)揪荣，為了降低對(duì)尾部元素的競(jìng)爭(zhēng)鲜屏，JVM會(huì)將一部分線程移動(dòng)到EntryList中作為候選競(jìng)爭(zhēng)線程铅檩。Owner線程會(huì)在unlock時(shí)，將ContentionList中的部分線程遷移到EntryList中诸尽，并指定EntryList中的某個(gè)線程為OnDeck線程（一般是最先進(jìn)去的那個(gè)線程）椎例。Owner線程并不直接把鎖傳遞給OnDeck線程挨决，而是把鎖競(jìng)爭(zhēng)的權(quán)利交給OnDeck，OnDeck需要重新競(jìng)爭(zhēng)鎖订歪。這樣雖然犧牲了一些公平性脖祈，但是能極大的提升系統(tǒng)的吞吐量，在JVM中刷晋，也把這種選擇行為稱之為“競(jìng)爭(zhēng)切換”盖高。

OnDeck線程獲取到鎖資源后會(huì)變?yōu)镺wner線程，而沒(méi)有得到鎖資源的仍然停留在EntryList中眼虱。如果Owner線程被wait方法阻塞喻奥，則轉(zhuǎn)移到WaitSet隊(duì)列中，直到某個(gè)時(shí)刻通過(guò)notify或者notifyAll喚醒捏悬，會(huì)重新進(jìn)去EntryList中撞蚕。

處于ContentionList、EntryList过牙、WaitSet中的線程都處于阻塞狀態(tài)甥厦，該阻塞是由操作系統(tǒng)來(lái)完成的（Linux內(nèi)核下采用pthread_mutex_lock內(nèi)核函數(shù)實(shí)現(xiàn)的）。

Synchronized是非公平鎖寇钉。 Synchronized在線程進(jìn)入ContentionList時(shí)刀疙，等待的線程會(huì)先嘗試自旋獲取鎖，如果獲取不到就進(jìn)入ContentionList扫倡，這明顯對(duì)于已經(jīng)進(jìn)入隊(duì)列的線程是不公平的谦秧，還有一個(gè)不公平的事情就是自旋獲取鎖的線程還可能直接搶占OnDeck線程的鎖資源。

偏向鎖

Java偏向鎖(Biased Locking)是Java6引入的一項(xiàng)多線程優(yōu)化镊辕。
偏向鎖，顧名思義蚁袭，它會(huì)偏向于第一個(gè)訪問(wèn)鎖的線程征懈，如果在運(yùn)行過(guò)程中，同步鎖只有一個(gè)線程訪問(wèn)揩悄，不存在多線程爭(zhēng)用的情況卖哎，則線程是不需要觸發(fā)同步的，這種情況下，就會(huì)給線程加一個(gè)偏向鎖亏娜。
如果在運(yùn)行過(guò)程中焕窝，遇到了其他線程搶占鎖，則持有偏向鎖的線程會(huì)被掛起维贺，JVM會(huì)消除它身上的偏向鎖它掂，將鎖恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)的輕量級(jí)鎖。

它通過(guò)消除資源無(wú)競(jìng)爭(zhēng)情況下的同步原語(yǔ)溯泣，進(jìn)一步提高了程序的運(yùn)行性能虐秋。

偏向鎖的實(shí)現(xiàn)

偏向鎖獲取過(guò)程：

1. 訪問(wèn)Mark Word中偏向鎖的標(biāo)識(shí)是否設(shè)置成1，鎖標(biāo)志位是否為01垃沦，確認(rèn)為可偏向狀態(tài)客给。

2. 如果為可偏向狀態(tài)，則測(cè)試線程ID是否指向當(dāng)前線程肢簿，如果是靶剑，進(jìn)入步驟5，否則進(jìn)入步驟3池充。

3. 如果線程ID并未指向當(dāng)前線程桩引，則通過(guò)CAS操作競(jìng)爭(zhēng)鎖。如果競(jìng)爭(zhēng)成功纵菌，則將Mark Word中線程ID設(shè)置為當(dāng)前線程ID阐污，然后執(zhí)行5；如果競(jìng)爭(zhēng)失敗咱圆，執(zhí)行4笛辟。

4. 如果CAS獲取偏向鎖失敗，則表示有競(jìng)爭(zhēng)序苏。當(dāng)?shù)竭_(dá)全局安全點(diǎn)（safepoint）時(shí)獲得偏向鎖的線程被掛起手幢，偏向鎖升級(jí)為輕量級(jí)鎖，然后被阻塞在安全點(diǎn)的線程繼續(xù)往下執(zhí)行同步代碼忱详。（撤銷偏向鎖的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致stop the word）

5. 執(zhí)行同步代碼围来。

注意：第四步中到達(dá)安全點(diǎn)safepoint會(huì)導(dǎo)致stop the word，時(shí)間很短匈睁。

偏向鎖的釋放：

偏向鎖的撤銷在上述第四步驟中有提到监透。偏向鎖只有遇到其他線程嘗試競(jìng)爭(zhēng)偏向鎖時(shí)，持有偏向鎖的線程才會(huì)釋放鎖航唆，線程不會(huì)主動(dòng)去釋放偏向鎖胀蛮。偏向鎖的撤銷，需要等待全局安全點(diǎn)（在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上沒(méi)有字節(jié)碼正在執(zhí)行）糯钙，它會(huì)首先暫停擁有偏向鎖的線程粪狼，判斷鎖對(duì)象是否處于被鎖定狀態(tài)退腥，撤銷偏向鎖后恢復(fù)到未鎖定（標(biāo)志位為“01”）或輕量級(jí)鎖（標(biāo)志位為“00”）的狀態(tài)。

偏向鎖的適用場(chǎng)景

始終只有一個(gè)線程在執(zhí)行同步塊再榄，在它沒(méi)有執(zhí)行完釋放鎖之前狡刘，沒(méi)有其它線程去執(zhí)行同步塊，在鎖無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的情況下使用困鸥，一旦有了競(jìng)爭(zhēng)就升級(jí)為輕量級(jí)鎖嗅蔬，升級(jí)為輕量級(jí)鎖的時(shí)候需要撤銷偏向鎖，撤銷偏向鎖的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致stop the word操作窝革；
在有鎖的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)购城，偏向鎖會(huì)多做很多額外操作，尤其是撤銷偏向所的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入安全點(diǎn)虐译，安全點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致stw瘪板，導(dǎo)致性能下降，這種情況下應(yīng)當(dāng)禁用漆诽；

查看停頓–安全點(diǎn)停頓日志

要查看安全點(diǎn)停頓侮攀，可以打開(kāi)安全點(diǎn)日志，通過(guò)設(shè)置JVM參數(shù) -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime 會(huì)打出系統(tǒng)停止的時(shí)間厢拭，添加-XX:+PrintSafepointStatistics -XX:PrintSafepointStatisticsCount=1 這兩個(gè)參數(shù)會(huì)打印出詳細(xì)信息兰英，可以查看到使用偏向鎖導(dǎo)致的停頓，時(shí)間非常短暫供鸠，但是爭(zhēng)用嚴(yán)重的情況下畦贸，停頓次數(shù)也會(huì)非常多；

注意：安全點(diǎn)日志不能一直打開(kāi)：
1. 安全點(diǎn)日志默認(rèn)輸出到stdout楞捂，一是stdout日志的整潔性薄坏，二是stdout所重定向的文件如果不在/dev/shm，可能被鎖寨闹。
2. 對(duì)于一些很短的停頓胶坠，比如取消偏向鎖，打印的消耗比停頓本身還大繁堡。
3. 安全點(diǎn)日志是在安全點(diǎn)內(nèi)打印的沈善，本身加大了安全點(diǎn)的停頓時(shí)間。

所以安全日志應(yīng)該只在問(wèn)題排查時(shí)打開(kāi)椭蹄。
如果在生產(chǎn)系統(tǒng)上要打開(kāi)闻牡，再再增加下面四個(gè)參數(shù)：
-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX: -DisplayVMOutput -XX:+LogVMOutput -XX:LogFile=/dev/shm/vm.log
打開(kāi)Diagnostic（只是開(kāi)放了更多的flag可選，不會(huì)主動(dòng)激活某個(gè)flag）绳矩，關(guān)掉輸出VM日志到stdout罩润，輸出到獨(dú)立文件,/dev/shm目錄（內(nèi)存文件系統(tǒng)）。

image.png

此日志分三部分：
第一部分是時(shí)間戳埋酬，VM Operation的類型
第二部分是線程概況哨啃，被中括號(hào)括起來(lái)
total: 安全點(diǎn)里的總線程數(shù)
initially_running: 安全點(diǎn)開(kāi)始時(shí)正在運(yùn)行狀態(tài)的線程數(shù)
wait_to_block: 在VM Operation開(kāi)始前需要等待其暫停的線程數(shù)

第三部分是到達(dá)安全點(diǎn)時(shí)的各個(gè)階段以及執(zhí)行操作所花的時(shí)間，其中最重要的是vmop

• spin: 等待線程響應(yīng)safepoint號(hào)召的時(shí)間写妥；
• block: 暫停所有線程所用的時(shí)間拳球；
• sync: 等于 spin+block，這是從開(kāi)始到進(jìn)入安全點(diǎn)所耗的時(shí)間珍特，可用于判斷進(jìn)入安全點(diǎn)耗時(shí)祝峻；
• cleanup: 清理所用時(shí)間；
• vmop: 真正執(zhí)行VM Operation的時(shí)間扎筒。

可見(jiàn)莱找，那些很多但又很短的安全點(diǎn)，全都是RevokeBias嗜桌， 高并發(fā)的應(yīng)用會(huì)禁用掉偏向鎖奥溺。

jvm開(kāi)啟/關(guān)閉偏向鎖

• 開(kāi)啟偏向鎖：-XX:+UseBiasedLocking -XX:BiasedLockingStartupDelay=0
• 關(guān)閉偏向鎖：-XX:-UseBiasedLocking

輕量級(jí)鎖

輕量級(jí)鎖是由偏向所升級(jí)來(lái)的，偏向鎖運(yùn)行在一個(gè)線程進(jìn)入同步塊的情況下骨宠，當(dāng)?shù)诙€(gè)線程加入鎖爭(zhēng)用的時(shí)候浮定，偏向鎖就會(huì)升級(jí)為輕量級(jí)鎖；
輕量級(jí)鎖的加鎖過(guò)程：

1. 在代碼進(jìn)入同步塊的時(shí)候层亿，如果同步對(duì)象鎖狀態(tài)為無(wú)鎖狀態(tài)（鎖標(biāo)志位為“01”狀態(tài)桦卒，是否為偏向鎖為“0”），虛擬機(jī)首先將在當(dāng)前線程的棧幀中建立一個(gè)名為鎖記錄（Lock Record）的空間匿又，用于存儲(chǔ)鎖對(duì)象目前的Mark Word的拷貝方灾，官方稱之為 Displaced Mark Word。這時(shí)候線程堆棧與對(duì)象頭的狀態(tài)如圖：

   
   
   image.png

所示碌更。

2. 拷貝對(duì)象頭中的Mark Word復(fù)制到鎖記錄中裕偿；

3. 拷貝成功后，虛擬機(jī)將使用CAS操作嘗試將對(duì)象的Mark Word更新為指向Lock Record的指針针贬，并將Lock record里的owner指針指向object mark word击费。如果更新成功，則執(zhí)行步驟4桦他，否則執(zhí)行步驟5蔫巩。

4. 如果這個(gè)更新動(dòng)作成功了，那么這個(gè)線程就擁有了該對(duì)象的鎖快压，并且對(duì)象Mark Word的鎖標(biāo)志位設(shè)置為“00”圆仔，即表示此對(duì)象處于輕量級(jí)鎖定狀態(tài)，這時(shí)候線程堆棧與對(duì)象頭的狀態(tài)如圖所示蔫劣。

   
   
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5. 如果這個(gè)更新操作失敗了坪郭，虛擬機(jī)首先會(huì)檢查對(duì)象的Mark Word是否指向當(dāng)前線程的棧幀，如果是就說(shuō)明當(dāng)前線程已經(jīng)擁有了這個(gè)對(duì)象的鎖脉幢，那就可以直接進(jìn)入同步塊繼續(xù)執(zhí)行歪沃。否則說(shuō)明多個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)鎖嗦锐，輕量級(jí)鎖就要膨脹為重量級(jí)鎖，鎖標(biāo)志的狀態(tài)值變?yōu)椤?0”沪曙，Mark Word中存儲(chǔ)的就是指向重量級(jí)鎖（互斥量）的指針奕污，后面等待鎖的線程也要進(jìn)入阻塞狀態(tài)。 而當(dāng)前線程便嘗試使用自旋來(lái)獲取鎖液走，自旋就是為了不讓線程阻塞碳默，而采用循環(huán)去獲取鎖的過(guò)程。

輕量級(jí)鎖的釋放

釋放鎖線程視角：由輕量鎖切換到重量鎖缘眶，是發(fā)生在輕量鎖釋放鎖的期間嘱根，之前在獲取鎖的時(shí)候它拷貝了鎖對(duì)象頭的markword，在釋放鎖的時(shí)候如果它發(fā)現(xiàn)在它持有鎖的期間有其他線程來(lái)嘗試獲取鎖了巷懈，并且該線程對(duì)markword做了修改该抒，兩者比對(duì)發(fā)現(xiàn)不一致，則切換到重量鎖顶燕。

因?yàn)橹亓考?jí)鎖被修改了柔逼，所有display mark word和原來(lái)的markword不一樣了。

怎么補(bǔ)救割岛，就是進(jìn)入mutex前愉适，compare一下obj的markword狀態(tài)。確認(rèn)該markword是否被其他線程持有癣漆。

此時(shí)如果線程已經(jīng)釋放了markword维咸，那么通過(guò)CAS后就可以直接進(jìn)入線程，無(wú)需進(jìn)入mutex惠爽，就這個(gè)作用癌蓖。

嘗試獲取鎖線程視角：如果線程嘗試獲取鎖的時(shí)候，輕量鎖正被其他線程占有婚肆，那么它就會(huì)修改markword租副，修改重量級(jí)鎖，表示該進(jìn)入重量鎖了较性。

還有一個(gè)注意點(diǎn)：等待輕量鎖的線程不會(huì)阻塞用僧，它會(huì)一直自旋等待鎖，并如上所說(shuō)修改markword赞咙。

這就是自旋鎖责循，嘗試獲取鎖的線程，在沒(méi)有獲得鎖的時(shí)候攀操，不被掛起院仿，而轉(zhuǎn)而去執(zhí)行一個(gè)空循環(huán)，即自旋。在若干個(gè)自旋后歹垫，如果還沒(méi)有獲得鎖剥汤，則才被掛起，獲得鎖排惨，則執(zhí)行代碼秀姐。

總結(jié)

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synchronized的執(zhí)行過(guò)程：
1. 檢測(cè)Mark Word里面是不是當(dāng)前線程的ID，如果是若贮，表示當(dāng)前線程處于偏向鎖
2. 如果不是，則使用CAS將當(dāng)前線程的ID替換Mard Word痒留，如果成功則表示當(dāng)前線程獲得偏向鎖谴麦，置偏向標(biāo)志位1
3. 如果失敗，則說(shuō)明發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)伸头，撤銷偏向鎖匾效，進(jìn)而升級(jí)為輕量級(jí)鎖。
4. 當(dāng)前線程使用CAS將對(duì)象頭的Mark Word替換為鎖記錄指針恤磷，如果成功面哼，當(dāng)前線程獲得鎖
5. 如果失敗，表示其他線程競(jìng)爭(zhēng)鎖扫步，當(dāng)前線程便嘗試使用自旋來(lái)獲取鎖魔策。
6. 如果自旋成功則依然處于輕量級(jí)狀態(tài)。
7. 如果自旋失敗河胎，則升級(jí)為重量級(jí)鎖闯袒。

上面幾種鎖都是JVM自己內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，當(dāng)我們執(zhí)行synchronized同步塊的時(shí)候jvm會(huì)根據(jù)啟用的鎖和當(dāng)前線程的爭(zhēng)用情況游岳，決定如何執(zhí)行同步操作政敢；

在所有的鎖都啟用的情況下線程進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)會(huì)先去獲取偏向鎖，如果已經(jīng)存在偏向鎖了胚迫，則會(huì)嘗試獲取輕量級(jí)鎖喷户，啟用自旋鎖，如果自旋也沒(méi)有獲取到鎖访锻，則使用重量級(jí)鎖褪尝，沒(méi)有獲取到鎖的線程阻塞掛起，直到持有鎖的線程執(zhí)行完同步塊喚醒他們期犬；

偏向鎖是在無(wú)鎖爭(zhēng)用的情況下使用的恼五，也就是同步開(kāi)在當(dāng)前線程沒(méi)有執(zhí)行完之前，沒(méi)有其它線程會(huì)執(zhí)行該同步塊哭懈，一旦有了第二個(gè)線程的爭(zhēng)用灾馒，偏向鎖就會(huì)升級(jí)為輕量級(jí)鎖，如果輕量級(jí)鎖自旋到達(dá)閾值后遣总，沒(méi)有獲取到鎖睬罗，就會(huì)升級(jí)為重量級(jí)鎖轨功；

如果線程爭(zhēng)用激烈，那么應(yīng)該禁用偏向鎖容达。

鎖優(yōu)化

以上介紹的鎖不是我們代碼中能夠控制的古涧，但是借鑒上面的思想，我們可以優(yōu)化我們自己線程的加鎖操作花盐；

減少鎖的時(shí)間

不需要同步執(zhí)行的代碼羡滑，能不放在同步快里面執(zhí)行就不要放在同步快內(nèi)，可以讓鎖盡快釋放算芯；

減少鎖的粒度

它的思想是將物理上的一個(gè)鎖柒昏，拆成邏輯上的多個(gè)鎖，增加并行度熙揍，從而降低鎖競(jìng)爭(zhēng)职祷。它的思想也是用空間來(lái)?yè)Q時(shí)間；

java中很多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是采用這種方法提高并發(fā)操作的效率：

ConcurrentHashMap

java中的ConcurrentHashMap在jdk1.8之前的版本届囚，使用一個(gè)Segment 數(shù)組

Segment< K,V >[] segments

Segment繼承自ReenTrantLock有梆，所以每個(gè)Segment就是個(gè)可重入鎖，每個(gè)Segment 有一個(gè)HashEntry< K,V >數(shù)組用來(lái)存放數(shù)據(jù)意系，put操作時(shí)泥耀，先確定往哪個(gè)Segment放數(shù)據(jù)，只需要鎖定這個(gè)Segment蛔添，執(zhí)行put爆袍，其它的Segment不會(huì)被鎖定；所以數(shù)組中有多少個(gè)Segment就允許同一時(shí)刻多少個(gè)線程存放數(shù)據(jù)作郭，這樣增加了并發(fā)能力陨囊。

LongAdder

LongAdder 實(shí)現(xiàn)思路也類似ConcurrentHashMap，LongAdder有一個(gè)根據(jù)當(dāng)前并發(fā)狀況動(dòng)態(tài)改變的Cell數(shù)組夹攒，Cell對(duì)象里面有一個(gè)long類型的value用來(lái)存儲(chǔ)值;
開(kāi)始沒(méi)有并發(fā)爭(zhēng)用的時(shí)候或者是cells數(shù)組正在初始化的時(shí)候蜘醋，會(huì)使用cas來(lái)將值累加到成員變量的base上，在并發(fā)爭(zhēng)用的情況下咏尝，LongAdder會(huì)初始化cells數(shù)組压语，在Cell數(shù)組中選定一個(gè)Cell加鎖，數(shù)組有多少個(gè)cell编检，就允許同時(shí)有多少線程進(jìn)行修改胎食，最后將數(shù)組中每個(gè)Cell中的value相加，在加上base的值允懂，就是最終的值厕怜；cell數(shù)組還能根據(jù)當(dāng)前線程爭(zhēng)用情況進(jìn)行擴(kuò)容，初始長(zhǎng)度為2，每次擴(kuò)容會(huì)增長(zhǎng)一倍粥航，直到擴(kuò)容到大于等于cpu數(shù)量就不再擴(kuò)容琅捏，這也就是為什么LongAdder比cas和AtomicInteger效率要高的原因，后面兩者都是volatile+cas實(shí)現(xiàn)的递雀，他們的競(jìng)爭(zhēng)維度是1柄延，LongAdder的競(jìng)爭(zhēng)維度為“Cell個(gè)數(shù)+1”為什么要+1？因?yàn)樗€有一個(gè)base缀程，如果競(jìng)爭(zhēng)不到鎖還會(huì)嘗試將數(shù)值加到base上搜吧；

LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue也體現(xiàn)了這樣的思想，在隊(duì)列頭入隊(duì)杨凑，在隊(duì)列尾出隊(duì)滤奈，入隊(duì)和出隊(duì)使用不同的鎖，相對(duì)于LinkedBlockingArray只有一個(gè)鎖效率要高蠢甲；

拆鎖的粒度不能無(wú)限拆，最多可以將一個(gè)鎖拆為當(dāng)前cup數(shù)量個(gè)鎖即可据忘；

鎖粗化

大部分情況下我們是要讓鎖的粒度最小化鹦牛，鎖的粗化則是要增大鎖的粒度;
在以下場(chǎng)景下需要粗化鎖的粒度：
假如有一個(gè)循環(huán)，循環(huán)內(nèi)的操作需要加鎖勇吊，我們應(yīng)該把鎖放到循環(huán)外面曼追，否則每次進(jìn)出循環(huán)，都進(jìn)出一次臨界區(qū)汉规，效率是非常差的礼殊；

使用讀寫鎖

ReentrantReadWriteLock 是一個(gè)讀寫鎖，讀操作加讀鎖针史，可以并發(fā)讀晶伦，寫操作使用寫鎖，只能單線程寫啄枕；

讀寫分離

CopyOnWriteArrayList 婚陪、CopyOnWriteArraySet
CopyOnWrite容器即寫時(shí)復(fù)制的容器。通俗的理解是當(dāng)我們往一個(gè)容器添加元素的時(shí)候频祝，不直接往當(dāng)前容器添加泌参，而是先將當(dāng)前容器進(jìn)行Copy，復(fù)制出一個(gè)新的容器常空，然后新的容器里添加元素沽一，添加完元素之后，再將原容器的引用指向新的容器漓糙。這樣做的好處是我們可以對(duì)CopyOnWrite容器進(jìn)行并發(fā)的讀铣缠，而不需要加鎖，因?yàn)楫?dāng)前容器不會(huì)添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一種讀寫分離的思想攘残，讀和寫不同的容器拙友。
　CopyOnWrite并發(fā)容器用于讀多寫少的并發(fā)場(chǎng)景，因?yàn)榧吖x的時(shí)候沒(méi)有鎖遗契，但是對(duì)其進(jìn)行更改的時(shí)候是會(huì)加鎖的，否則會(huì)導(dǎo)致多個(gè)線程同時(shí)復(fù)制出多個(gè)副本病曾，各自修改各自的牍蜂；

使用cas

如果需要同步的操作執(zhí)行速度非常快泰涂，并且線程競(jìng)爭(zhēng)并不激烈鲫竞，這時(shí)候使用cas效率會(huì)更高，因?yàn)榧渔i會(huì)導(dǎo)致線程的上下文切換逼蒙，如果上下文切換的耗時(shí)比同步操作本身更耗時(shí)从绘，且線程對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)不激烈，使用volatiled+cas操作會(huì)是非常高效的選擇是牢；

消除緩存行的偽共享

除了我們?cè)诖a中使用的同步鎖和jvm自己內(nèi)置的同步鎖外僵井，還有一種隱藏的鎖就是緩存行，它也被稱為性能殺手驳棱。
在多核cup的處理器中批什，每個(gè)cup都有自己獨(dú)占的一級(jí)緩存、二級(jí)緩存社搅，甚至還有一個(gè)共享的三級(jí)緩存驻债，為了提高性能，cpu讀寫數(shù)據(jù)是以緩存行為最小單元讀寫的形葬；32位的cpu緩存行為32字節(jié)合呐，64位cup的緩存行為64字節(jié)，這就導(dǎo)致了一些問(wèn)題笙以。
例如合砂，多個(gè)不需要同步的變量因?yàn)榇鎯?chǔ)在連續(xù)的32字節(jié)或64字節(jié)里面，當(dāng)需要其中的一個(gè)變量時(shí)源织，就將它們作為一個(gè)緩存行一起加載到某個(gè)cup-1私有的緩存中（雖然只需要一個(gè)變量翩伪，但是cpu讀取會(huì)以緩存行為最小單位，將其相鄰的變量一起讀入）谈息，被讀入cpu緩存的變量相當(dāng)于是對(duì)主內(nèi)存變量的一個(gè)拷貝缘屹，也相當(dāng)于變相的將在同一個(gè)緩存行中的幾個(gè)變量加了一把鎖，這個(gè)緩存行中任何一個(gè)變量發(fā)生了變化侠仇，當(dāng)cup-2需要讀取這個(gè)緩存行時(shí)轻姿，就需要先將cup-1中被改變了的整個(gè)緩存行更新回主存（即使其它變量沒(méi)有更改）犁珠，然后cup-2才能夠讀取，而cup-2可能需要更改這個(gè)緩存行的變量與cpu-1已經(jīng)更改的緩存行中的變量是不一樣的互亮，所以這相當(dāng)于給幾個(gè)毫不相關(guān)的變量加了一把同步鎖犁享；
為了防止偽共享，不同jdk版本實(shí)現(xiàn)方式是不一樣的：
1. 在jdk1.7之前會(huì) 將需要獨(dú)占緩存行的變量前后添加一組long類型的變量豹休，依靠這些無(wú)意義的數(shù)組的填充做到一個(gè)變量自己獨(dú)占一個(gè)緩存行炊昆；
2. 在jdk1.7因?yàn)閖vm會(huì)將這些沒(méi)有用到的變量?jī)?yōu)化掉，所以采用繼承一個(gè)聲明了好多l(xiāng)ong變量的類的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)威根；
3. 在jdk1.8中通過(guò)添加sun.misc.Contended注解來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題凤巨，若要使該注解有效必須在jvm中添加以下參數(shù)：
-XX:-RestrictContended

sun.misc.Contended注解會(huì)在變量前面添加128字節(jié)的padding將當(dāng)前變量與其他變量進(jìn)行隔離；
關(guān)于什么是緩存行洛搀，jdk是如何避免緩存行的敢茁，網(wǎng)上有非常多的解釋，在這里就不再深入講解了留美；

其它方式等待著大家一起補(bǔ)充