隨著互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，越來越多的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)面臨著用戶量膨脹而帶來的并發(fā)安全問題。本文著重介紹了在java并發(fā)中常見的幾種鎖機(jī)制。
1.偏向鎖
偏向鎖是JDK1.6提出來的一種鎖優(yōu)化的機(jī)制。其核心的思想是，如果程序沒有競爭，則取消之前已經(jīng)取得鎖的線程同步操作。也就是說，若某一鎖被線程獲取后，便進(jìn)入偏向模式，當(dāng)線程再次請求這個鎖時，就無需再進(jìn)行相關(guān)的同步操作了，從而節(jié)約了操作時間，如果在此之間有其他的線程進(jìn)行了鎖請求，則鎖退出偏向模式。在JVM中使用-XX:+UseBiasedLocking
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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，往里面添加10000000個Integer對象，然后輸出時間差。以此來測試偏向鎖的性能。至于為什么要使用Vector而不使用ArrayList呢？
因為ArrayList是線程不安全的，Vector是線程安全的。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是線程安全的。
接下來我們來測試一下，開啟偏向鎖和不開啟偏向鎖對程序性能的影響有多大。
配置JVM啟動（開啟偏向鎖）參數(shù)為：
配置JVM啟動（關(guān)閉偏向鎖）參數(shù)為：
Perfect！開啟偏向鎖的程序運行時間明顯較短，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(yōu)勢的。其實也可以這樣理解，當(dāng)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(zhuǎn)變成了對ArrayList的操作。
偏向鎖在鎖競爭激烈的場合沒有太強(qiáng)的優(yōu)化效果，因為大量的競爭會導(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，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，在激烈競爭的場合，可以嘗試使用
-XX:-UseBiastedLocking參數(shù)禁用偏向鎖。
2.輕量級鎖
如果偏向鎖失敗，Java虛擬機(jī)就會讓線程申請輕量級鎖，輕量級鎖在虛擬機(jī)內(nèi)部，使用一個成為BasicObjectLock的對象實現(xiàn)的，這個對象內(nèi)部由一個BasicLock對象和一個持有該鎖的Java對象指針組成。BasicObjectLock對象放置在Java棧幀中。在BasicLock對象內(nèi)部還維護(hù)著displaced_header字段，用于備份對象頭部的Mark Word.
當(dāng)一個線程持有一個對象的鎖的時候，對象頭部Mark Word信息如下
[ptr |00] locked
末尾的兩位比特為00，整個Mark Word為指向BasicLock對象的指針。由于BasicObjectLock對象在線程棧中，因此該指針必然指向持有該鎖的線程棧空間。當(dāng)需要判斷一個線程是否持有該對象時，只需要簡單地判斷對象頭的指針是否在當(dāng)前線程的棧地址范圍即可。同時，BasicLock對象的displaced_header，備份了原對象的Mark word內(nèi)容，BasicObjectLock對象的obj字段則指向持有鎖的對象頭部。
3.重量級鎖
當(dāng)輕量級鎖失敗，虛擬機(jī)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(zhuǎn)去執(zhí)行一個空循環(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，才會被掛起。
使用自旋鎖后，線程被掛起的幾率相對減少，線程執(zhí)行的連貫性相對加強(qiáng)。因此，對于那些鎖競爭不是很激烈，鎖占用時間很短的并發(fā)線程，具有一定的積極意義，但對于鎖競爭激烈，單線程鎖占用很長時間的并發(fā)程序，自旋鎖在自旋等待后，往往毅然無法獲得對應(yīng)的鎖，不僅僅白白浪費了CPU時間，最終還是免不了被掛起的操作 ，反而浪費了系統(tǒng)的資源。
在JDK1.6中，Java虛擬機(jī)提供-XX:+UseSpinning參數(shù)來開啟自旋鎖，使用-XX:PreBlockSpin參數(shù)來設(shè)置自旋鎖等待的次數(shù)。
在JDK1.7開始，自旋鎖的參數(shù)被取消，虛擬機(jī)不再支持由用戶配置自旋鎖，自旋鎖總是會執(zhí)行，自旋鎖次數(shù)也由虛擬機(jī)自動調(diào)整。
