隨著互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，越來(lái)越多的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)面臨著用戶(hù)量膨脹而帶來(lái)的并發(fā)安全問(wèn)題。本文著重介紹了在java并發(fā)中常見(jiàn)的幾種鎖機(jī)制。

1.偏向鎖

偏向鎖是JDK1.6提出來(lái)的一種鎖優(yōu)化的機(jī)制。其核心的思想是，如果程序沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)，則取消之前已經(jīng)取得鎖的線程同步操作。也就是說(shuō)，若某一鎖被線程獲取后，便進(jìn)入偏向模式，當(dāng)線程再次請(qǐng)求這個(gè)鎖時(shí)，就無(wú)需再進(jìn)行相關(guān)的同步操作了，從而節(jié)約了操作時(shí)間，如果在此之間有其他的線程進(jìn)行了鎖請(qǐng)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(gè)Vector，往里面添加10000000個(gè)Integer對(duì)象，然后輸出時(shí)間差。以此來(lái)測(cè)試偏向鎖的性能。至于為什么要使用Vector而不使用ArrayList呢？

因?yàn)锳rrayList是線程不安全的，Vector是線程安全的。這樣說(shuō)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(méi)有的，所以Vector是線程安全的。

接下來(lái)我們來(lái)測(cè)試一下，開(kāi)啟偏向鎖和不開(kāi)啟偏向鎖對(duì)程序性能的影響有多大。

配置JVM啟動(dòng)（開(kāi)啟偏向鎖）參數(shù)為：

配置JVM啟動(dòng)（關(guān)閉偏向鎖）參數(shù)為：

Perfect！開(kāi)啟偏向鎖的程序運(yùn)行時(shí)間明顯較短，開(kāi)啟偏向鎖比不開(kāi)啟偏向鎖，在單個(gè)線程中操作一個(gè)對(duì)象的同步方法，是有一定的優(yōu)勢(shì)的。其實(shí)也可以這樣理解，當(dāng)只有一個(gè)線程操作帶有同步方法的Vector對(duì)象的時(shí)候，此時(shí)對(duì)Vector的操作就轉(zhuǎn)變成了對(duì)ArrayList的操作。

偏向鎖在鎖競(jìng)爭(zhēng)激烈的場(chǎng)合沒(méi)有太強(qiáng)的優(yōu)化效果，因?yàn)榇罅康母?jìng)爭(zhēng)會(huì)導(dǎo)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(shí)，使用偏向鎖不僅得不到性能的優(yōu)化，反而有可能降低系統(tǒng)的性能，因此，在激烈競(jìng)爭(zhēng)的場(chǎng)合，可以嘗試使用

-XX:-UseBiastedLocking參數(shù)禁用偏向鎖。

2.輕量級(jí)鎖

如果偏向鎖失敗，Java虛擬機(jī)就會(huì)讓線程申請(qǐng)輕量級(jí)鎖，輕量級(jí)鎖在虛擬機(jī)內(nèi)部，使用一個(gè)成為BasicObjectLock的對(duì)象實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)對(duì)象內(nèi)部由一個(gè)BasicLock對(duì)象和一個(gè)持有該鎖的Java對(duì)象指針組成。BasicObjectLock對(duì)象放置在Java棧幀中。在BasicLock對(duì)象內(nèi)部還維護(hù)著displaced_header字段，用于備份對(duì)象頭部的Mark Word.

當(dāng)一個(gè)線程持有一個(gè)對(duì)象的鎖的時(shí)候，對(duì)象頭部Mark Word信息如下

[ptr |00] locked

末尾的兩位比特為00，整個(gè)Mark Word為指向BasicLock對(duì)象的指針。由于BasicObjectLock對(duì)象在線程棧中，因此該指針必然指向持有該鎖的線程棧空間。當(dāng)需要判斷一個(gè)線程是否持有該對(duì)象時(shí)，只需要簡(jiǎn)單地判斷對(duì)象頭的指針是否在當(dāng)前線程的棧地址范圍即可。同時(shí)，BasicLock對(duì)象的displaced_header，備份了原對(duì)象的Mark word內(nèi)容，BasicObjectLock對(duì)象的obj字段則指向持有鎖的對(duì)象頭部。

3.重量級(jí)鎖

當(dāng)輕量級(jí)鎖失敗，虛擬機(jī)就會(huì)使用重量級(jí)鎖。在使用重量級(jí)鎖的時(shí)，對(duì)象的Mark Word如下：

[ptr |10] monitor

重量級(jí)鎖在操作過(guò)程中，線程可能會(huì)被操作系統(tǒng)層面掛起，如果是這樣，線程間的切換和調(diào)用成本就會(huì)大大提高。

4.自旋鎖

自旋鎖可以使線程在沒(méi)有取得鎖的時(shí)候，不被掛起，而轉(zhuǎn)去執(zhí)行一個(gè)空循環(huán)，（即所謂的自旋，就是自己執(zhí)行空循環(huán)），若在若干個(gè)空循環(huán)后，線程如果可以獲得鎖，則繼續(xù)執(zhí)行。若線程依然不能獲得鎖，才會(huì)被掛起。

使用自旋鎖后，線程被掛起的幾率相對(duì)減少，線程執(zhí)行的連貫性相對(duì)加強(qiáng)。因此，對(duì)于那些鎖競(jìng)爭(zhēng)不是很激烈，鎖占用時(shí)間很短的并發(fā)線程，具有一定的積極意義，但對(duì)于鎖競(jìng)爭(zhēng)激烈，單線程鎖占用很長(zhǎng)時(shí)間的并發(fā)程序，自旋鎖在自旋等待后，往往毅然無(wú)法獲得對(duì)應(yīng)的鎖，不僅僅白白浪費(fèi)了CPU時(shí)間，最終還是免不了被掛起的操作 ，反而浪費(fèi)了系統(tǒng)的資源。

在JDK1.6中，Java虛擬機(jī)提供-XX:+UseSpinning參數(shù)來(lái)開(kāi)啟自旋鎖，使用-XX:PreBlockSpin參數(shù)來(lái)設(shè)置自旋鎖等待的次數(shù)。

在JDK1.7開(kāi)始，自旋鎖的參數(shù)被取消，虛擬機(jī)不再支持由用戶(hù)配置自旋鎖，自旋鎖總是會(huì)執(zhí)行，自旋鎖次數(shù)也由虛擬機(jī)自動(dòng)調(diào)整。

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