Java線程並發中常見的鎖機制詳細介紹_java

隨著互連網的蓬勃發展，越來越多的互連網企業面臨著使用者量膨脹而帶來的並發安全問題。本文著重介紹了在java並發中常見的幾種鎖機制。

1.偏向鎖

偏向鎖是JDK1.6提出來的一種鎖最佳化的機制。其核心的思想是，如果程式沒有競爭，則取消之前已經取得鎖的線程同步操作。也就是說，若某一鎖被線程擷取後，便進入偏向模式，當線程再次請求這個鎖時，就無需再進行相關的同步操作了，從而節約了操作時間，如果在此之間有其他的線程進行了鎖請求，則鎖退出偏向模式。在JVM中使用-XX:+UseBiasedLocking

package jvmProject;import java.util.List;import java.util.Vector;public class Biased {  public static List<Integer> numberList = new Vector<Integer>();  public static void main(String[] args) {    long begin = System.currentTimeMillis();    int count = 0;    int startnum = 0;    while(count<10000000){      numberList.add(startnum);      startnum+=2;      count++;        }    long end = System.currentTimeMillis();    System.out.println(end-begin);  }}

初始化一個Vector，往裡面添加10000000個Integer對象，然後輸出時間差。以此來測試偏向鎖的效能。至於為什麼要使用Vector而不使用ArrayList呢？

因為ArrayList是線程不安全的，Vector是安全執行緒的。這樣說可能還不夠具體，可以翻看一下源碼吧。

Vector中的幾乎所有操作是帶有sychronized的，而ArrayList是沒有的，所以Vector是安全執行緒的。

接下來我們來測試一下，開啟偏向鎖和不開啟偏向鎖對程式效能的影響有多大。

配置JVM啟動（開啟偏向鎖）參數為：

配置JVM啟動（關閉偏向鎖）參數為：

Perfect！開啟偏向鎖的程式已耗用時間明顯較短，開啟偏向鎖比不開啟偏向鎖，在單個線程中操作一個對象的同步方法，是有一定的優勢的。其實也可以這樣理解，當只有一個線程操作帶有同步方法的Vector對象的時候，此時對Vector的操作就轉變成了對ArrayList的操作。

偏向鎖在鎖競爭激烈的場合沒有太強的最佳化效果，因為大量的競爭會導致持有鎖的線程不停地切換，鎖也很難保持在偏向模式，此時，使用偏向鎖不僅得不到效能的最佳化，反而有可能降低系統的效能，因此，在激烈競爭的場合，可以嘗試使用

-XX:-UseBiastedLocking參數禁用偏向鎖。

2.輕量級鎖

如果偏向鎖失敗，Java虛擬機器就會讓線程申請輕量級鎖，輕量級鎖在虛擬機器內部，使用一個成為BasicObjectLock的對象實現的，這個對象內部由一個BasicLock對象和一個持有該鎖的Java對象指標組成。BasicObjectLock對象放置在Java棧幀中。在BasicLock對象內部還維護著displaced_header欄位，用於備份對象頭部的Mark Word.

當一個線程持有一個對象的鎖的時候，對象頭部Mark Word資訊如下

[ptr |00] locked

末尾的兩位位元為00，整個Mark Word為指向BasicLock對象的指標。由於BasicObjectLock對象線上程棧中，因此該指標必然指向持有該鎖的線程棧空間。當需要判斷一個線程是否持有該對象時，只需要簡單地判斷對象頭的指標是否在當前線程的棧位址範圍即可。同時，BasicLock對象的displaced_header，備份了原對象的Mark word內容，BasicObjectLock對象的obj欄位則指向持有鎖的對象頭部。

3.重量級鎖

當輕量級鎖失敗，虛擬機器就會使用重量級鎖。在使用重量級鎖的時，對象的Mark Word如下：

[ptr |10] monitor

重量級鎖在操作過程中，線程可能會被作業系統層面掛起，如果是這樣，線程間的切換和調用成本就會大大提高。

4.自旋鎖

自旋鎖可以使線程在沒有取得鎖的時候，不被掛起，而轉去執行一個空迴圈，（即所謂的自旋，就是自己執行空迴圈），若在若干個空迴圈後，線程如果可以獲得鎖，則繼續執行。若線程依然不能獲得鎖，才會被掛起。

使用自旋鎖後，線程被掛起的幾率相對減少，線程執行的連貫性相對加強。因此，對於那些鎖競爭不是很激烈，鎖佔用時間很短的並發線程，具有一定的積極意義，但對於鎖競爭激烈，單線程鎖佔用很長時間的並發程式，自旋鎖在自旋等待後，往往毅然無法獲得對應的鎖，不僅僅白白浪費了CPU時間，最終還是免不了被擱置動作 ，反而浪費了系統的資源。

在JDK1.6中，Java虛擬機器提供-XX:+UseSpinning參數來開啟自旋鎖，使用-XX:PreBlockSpin參數來設定自旋鎖等待的次數。

在JDK1.7開始，自旋鎖的參數被取消，虛擬機器不再支援由使用者配置自旋鎖，自旋鎖總是會執行，自旋鎖次數也由虛擬機器自動調整。