前言

Java 中的 synchronized關(guān)鍵字可以在多線程環(huán)境下用來(lái)作為線程安全的同步鎖。本文不討論 synchronized 的具體使用，而是研究下synchronized底層的鎖機(jī)制，以及這些鎖分別的優(yōu)缺點(diǎn)。

一 synchronized機(jī)制

synchronized關(guān)鍵字是JAVA中常用的同步功能，提供了簡(jiǎn)單易用的鎖功能。
synchronized有三種用法，分別為:

用在普通方法上，能夠鎖住當(dāng)前對(duì)象。用在靜態(tài)方法上，能夠鎖住類(lèi)用在代碼塊上，鎖住的是synchronized()里的對(duì)象

在JDK6之前，synchronized使用的是重量級(jí)鎖制，在之后synchronized加入了鎖膨脹機(jī)制，顯著提升了synchronized關(guān)鍵字的效率。

基于synchronized關(guān)鍵字，我們來(lái)了解下幾種類(lèi)別的鎖，并且講解synchronized的鎖膨脹機(jī)制。

synchronized鎖是非公平鎖。并且一個(gè)被synchronized鎖住的對(duì)象或類(lèi)，就是一把鎖。

另外一提，所有鎖都是存儲(chǔ)在Java對(duì)象頭里的，Java對(duì)象頭里的Mark Word里默認(rèn)存儲(chǔ)對(duì)象的HashCode，分代年齡和鎖標(biāo)記位。也就是說(shuō)Mark Word記錄了鎖的狀態(tài)

二 鎖膨脹機(jī)制與幾類(lèi)鎖

鎖膨脹是不可逆的

2.1 偏向鎖

synchronized在JDK1.6以后默認(rèn)開(kāi)啟偏向鎖，synchronized最初都是偏向鎖

表現(xiàn)：一個(gè)線程獲取鎖成功后，會(huì)在對(duì)象頭里記錄線程ID，以后該線程獲取和釋放鎖都沒(méi)有任何花費(fèi)。（因?yàn)樵撴i已經(jīng)被綁定在該線程上了，且在膨脹前不會(huì)改變），如果其他線程嘗試獲取這個(gè)鎖，偏向鎖將會(huì)膨脹為輕量鎖。

優(yōu)點(diǎn)：在只有一個(gè)線程使用鎖的時(shí)候獲取和退出鎖沒(méi)有任何花費(fèi)

缺點(diǎn)：鎖競(jìng)爭(zhēng)激烈會(huì)很快升級(jí)為輕量鎖，那么維持偏向鎖的過(guò)程就是在浪費(fèi)計(jì)算機(jī)資源。（不過(guò)因?yàn)?code>偏向鎖本身就很輕量，因此浪費(fèi)的資源并不多）

小結(jié)：只有一個(gè)線程使用鎖的情況下，synchronized使用的鎖為偏向鎖。
如果鎖競(jìng)爭(zhēng)激烈，可以通過(guò)配置JDK禁用偏向鎖。

2.2 輕量鎖

一把鎖不止一個(gè)線程使用，則偏向鎖膨脹為輕量鎖

表現(xiàn)：線程獲取輕量鎖時(shí)，會(huì)直接用CAS修改對(duì)象頭里鎖的記錄，如果修改失敗，代表此時(shí)鎖存在多個(gè)線程的競(jìng)爭(zhēng)，輕量鎖將會(huì)膨脹為重量鎖。

優(yōu)點(diǎn)：在線程之間使用鎖不存在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，一次CAS操作就能獲取和退出鎖

缺點(diǎn)：與偏向鎖類(lèi)似

小結(jié)：只要一把鎖不止一個(gè)線程獲取過(guò)，偏向鎖就會(huì)膨脹為輕量鎖。

2.3 重量鎖

一把鎖存在多線程競(jìng)爭(zhēng)，則輕量鎖開(kāi)始自旋，自旋一定次數(shù)后仍沒(méi)獲取鎖，則膨脹為重量鎖(存在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，輕量鎖雖然會(huì)先自旋，但是最終往往都會(huì)膨脹為重量鎖)

表現(xiàn)：線程獲取重量鎖時(shí)，如果獲取失?。存i已被其他線程獲?。?，則使用自適應(yīng)自旋鎖,自旋一定次數(shù)后仍沒(méi)獲取鎖，則進(jìn)入阻塞隊(duì)列等待。

優(yōu)點(diǎn)：未獲取到的鎖進(jìn)入阻塞隊(duì)列，節(jié)約CPU資源。（好吧感覺(jué)其實(shí)是沒(méi)有啥優(yōu)點(diǎn)）

缺點(diǎn)：重量鎖是通過(guò)對(duì)象內(nèi)部的監(jiān)視器（monitor）實(shí)現(xiàn)，其中monitor的本質(zhì)是依賴于底層操作系統(tǒng)的Mutex Lock實(shí)現(xiàn)，操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線程之間的切換需要從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換，切換成本非常高。

小結(jié)：只要一把鎖存在多線程競(jìng)爭(zhēng)，輕量鎖就會(huì)膨脹為重量鎖。

自旋鎖

synchronized的輕量鎖，重量鎖，使用了自適應(yīng)自旋鎖進(jìn)行性能優(yōu)化

首先介紹自旋鎖

表現(xiàn)：線程獲取鎖失敗后，不會(huì)進(jìn)入阻塞等待，而是再次嘗試去獲取鎖，如此反復(fù)，直到獲取到鎖，或者自旋結(jié)束那么會(huì)阻塞等待。

解決問(wèn)題：在某些場(chǎng)景下，線程持有鎖的時(shí)間非常短。在線程獲取鎖失敗后，如果線程進(jìn)入阻塞將會(huì)帶來(lái)線程上下文的切換，上下文切換的時(shí)間可能反而高于線程反復(fù)嘗試獲取鎖的時(shí)間。
此時(shí)線程原地等待去重復(fù)獲取鎖。反而在性能上更有優(yōu)勢(shì)。

缺點(diǎn)：

單核CPU沒(méi)有線程并行，反復(fù)嘗試會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行。重復(fù)嘗試導(dǎo)致了CPU的占用，如果CPU資源緊張的話反而會(huì)性能下降如果鎖的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不僅沒(méi)有性能提升，還浪費(fèi)了大量CPU資源。

優(yōu)化：使用自適應(yīng)自旋鎖。自適應(yīng)自旋鎖會(huì)根據(jù)之前的鎖獲取記錄，優(yōu)化調(diào)整自旋時(shí)間，避免造成不必要的自旋。

三 具體synchronized流程

總結(jié)

以上所述是小編給大家介紹的Java中synchronized關(guān)鍵字引出的多種鎖 問(wèn)題 ,希望對(duì)大家有所幫助，如果大家有任何疑問(wèn)請(qǐng)給我留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持！
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