【Java多線程】鎖的最佳化策略

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    鎖的最佳化策略

    編碼過程中可採取的鎖最佳化的思路有以下幾種：

    1：減少鎖持有時間 

         例如：對一個方法加鎖，不如對方法中需要同步的幾行代碼加鎖；

    2：減小鎖粒度

        例如：ConcurrentHashMap採取對segment加鎖而不是整個map加鎖，提高並發性；

    3：鎖分離 

        根據同步操作的性質，把鎖劃分為的讀鎖和寫鎖，讀鎖之間不互斥，提高了並發性。

    4：鎖粗化 

        這看起來與思路1有衝突，其實不然。思路1是針對一個線程中只有個別地方需要同步，所以把鎖加在同步的語句上而不是更大的範圍，減少線程持有鎖的時間；

        而鎖粗化是指：在一個間隔性地需要執行同步語句的線程中，如果在不連續的同步塊間頻繁加鎖解鎖是很耗效能的，因此把加鎖範圍擴大，把這些不連續的同步語句進行一次性加鎖解鎖。雖然線程持有鎖的時間增加了，但是總體來說是最佳化了的。

    5：鎖消除

        鎖消除是編譯器做的事：根據代碼逃逸技術，如果判斷到一段代碼中，堆上的資料不會逃逸出當前線程（即不會影響線程空間外的資料），那麼可以認為這段代碼是安全執行緒的，不必要加鎖。

 

    Java虛擬機器中採取的鎖最佳化策略：

       1：偏向鎖：鎖對象偏向於當前獲得它的線程，如果在接下來的沒有被其他線程請求，則持有該鎖的線程將不再需要進行同步操作（即：持有該鎖的線程在接下來的執行中遇到同步塊時不再需要lock和unlock了，直接執行即可）。當另一個線程申請該鎖時，當前線程的偏向模式才會結束，讓出該鎖。

       2：輕量級鎖：syncrhoized的底層實現是通過監視器monitor來控制的，而monitorenter與monitorexit這兩個原語是依賴作業系統互斥(mutex)來實現的。

互斥會導致線程掛起，並在較短的時間內又需要重新調度回原線程的，較為消耗資源。輕量級鎖（Lightweight Locking）利用了CPU原語Compare-And-Swap(CAS，彙編指令CMPXCHG)，嘗試在進入互斥前，進行補救，減少多線程進入互斥的幾率。

        如果偏向鎖失敗，那麼系統會進行輕量級鎖的操作，使用CAS操作來嘗試加鎖。如果輕量級鎖失敗，才調用系統層級的重量級鎖（syncrhoized）來加鎖。     

       3：自旋鎖：當線程申請鎖時，鎖被佔用，則讓當前線程執行一個忙迴圈（自旋），看看持有鎖的線程是否會很快釋放鎖。如果自旋後還沒獲得鎖，才進入同步阻塞狀態；

           3.1：自適應自旋：自旋的線程自旋的時間為同一個鎖上一次線程自旋並獲得鎖的耗時。如果對於這個鎖，自旋很少有成功的，就不自旋了，避免浪費CPU資源。

         為了盡量避免使用重量級鎖（作業系統層面的互斥），JVM首先會嘗試輕量級鎖，輕量級鎖會嘗試使用CAS操作來獲得鎖，如果輕量級鎖獲得失敗，說明存在競爭。但是也許很快就能獲得鎖，就會嘗試自旋鎖，將線程做幾個空迴圈，每次迴圈時都不斷嘗試獲得鎖。如果自旋鎖也失敗，那麼只能升級成重量級鎖。

【Java多線程】鎖的最佳化策略