Java中synchronized 的4个优化技巧

目录
  • 前言
  • 1.锁膨胀
  • 2.锁消除
  • 3.锁粗化
  • 4.自适应自旋锁
  • 总结

前言

synchronized 在 JDK 1.5 时性能是比较低的,然而在后续的版本中经过各种优化迭代,它的性能也得到了前所未有的提升,上一篇文章我们谈到了锁膨胀对 synchronized 性能的提升,然而它也只是“众多” synchronized 性能优化方案中的一种,那么我们本文就来盘点一下 synchronized 的核心优化方案。

synchronized 核心优化方案主要包含以下 4 个:

  • 锁膨胀
  • 锁消除
  • 锁粗化
  • 自适应自旋锁

1.锁膨胀

我们先来回顾一下锁膨胀对 synchronized 性能的影响,所谓的锁膨胀是指 synchronized 从无锁升级到偏向锁,再到轻量级锁,最后到重量级锁的过程,它叫做锁膨胀也叫做锁升级。

JDK 1.6 之前,synchronized 是重量级锁,也就是说 synchronized 在释放和获取锁时都会从用户态转换成内核态,而转换的效率是比较低的。但有了锁膨胀机制之后,synchronized 的状态就多了无锁、偏向锁以及轻量级锁了,这时候在进行并发操作时,大部分的场景都不需要用户态到内核态的转换了,这样就大幅的提升了 synchronized 的性能。

PS:至于为什么不需要用户态到内核态的转换?请移步到锁膨胀的那篇文章:《Java中的synchronized 优化方法之锁膨胀机制》。

2.锁消除

很多人都了解 synchronized 中锁膨胀的机制,但对接下来的 3 项优化却知之甚少,这样会在面试中错失良机,那么我们本文就把这 3 项优化单独拎出来讲一下吧。

锁消除指的是在某些情况下,JVM 虚拟机如果检测不到某段代码被共享和竞争的可能性,就会将这段代码所属的同步锁消除掉,从而到底提高程序性能的目的。

锁消除的依据是逃逸分析的数据支持,如 StringBuffer 的 append() 方法,或 Vector 的 add() 方法,在很多情况下是可以进行锁消除的,

比如以下这段代码:

public String method() {
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        sb.append("i:" + i);
    }
    return sb.toString();
}

以上代码经过编译之后的字节码如下: 

从上述结果可以看出,之前我们写的线程安全的加锁的 StringBuffer 对象,在生成字节码之后就被替换成了不加锁不安全的 StringBuilder 对象了,原因是 StringBuffer 的变量属于一个局部变量,并且不会从该方法中逃逸出去,所以此时我们就可以使用锁消除(不加锁)来加速程序的运行。

3.锁粗化

锁粗化是指,将多个连续的加锁、解锁操作连接在一起,扩展成一个范围更大的锁

我只听说锁“细化”可以提高程序的执行效率,也就是将锁的范围尽可能缩小,这样在锁竞争时,等待获取锁的线程才能更早的获取锁,从而提高程序的运行效率,但锁粗化是如何提高性能的呢?

没错,锁细化的观点在大多数情况下都是成立了,但是一系列连续加锁和解锁的操作,也会导致不必要的性能开销,从而影响程序的执行效率,比如这段代码:

public String method() {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        // 伪代码:加锁操作
        sb.append("i:" + i);
        // 伪代码:解锁操作
    }
    return sb.toString();
}

这里我们不考虑编译器优化的情况,如果在 for 循环中定义锁,那么锁的范围很小,但每次 for 循环都需要进行加锁和释放锁的操作,性能是很低的;但如果我们直接在 for 循环的外层加一把锁,那么对于同一个对象操作这段代码的性能就会提高很多,

如下伪代码所示:

public String method() {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    // 伪代码:加锁操作
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        sb.append("i:" + i);
    }
    // 伪代码:解锁操作
    return sb.toString();
}

锁粗化的作用:如果检测到同一个对象执行了连续的加锁和解锁的操作,则会将这一系列操作合并成一个更大的锁,从而提升程序的执行效率。

4.自适应自旋锁

自旋锁是指通过自身循环,尝试获取锁的一种方式,伪代码实现如下:

// 尝试获取锁
while(!isLock()){
}

自旋锁优点在于它避免一些线程的挂起和恢复操作,因为挂起线程和恢复线程都需要从用户态转入内核态,这个过程是比较慢的,所以通过自旋的方式可以一定程度上避免线程挂起和恢复所造成的性能开销

但是,如果长时间自旋还获取不到锁,那么也会造成一定的资源浪费,所以我们通常会给自旋设置一个固定的值来避免一直自旋的性能开销。然而对于 synchronized 关键字来说,它的自旋锁更加的“智能”,synchronized 中的自旋锁是自适应自旋锁,这就好比之前一直开的手动挡的三轮车,而经过了 JDK 1.6 的优化之后,我们的这部“车”,一下子变成自动挡的兰博基尼了。

自适应自旋锁是指,线程自旋的次数不再是固定的值,而是一个动态改变的值,这个值会根据前一次自旋获取锁的状态来决定此次自旋的次数。比如上一次通过自旋成功获取到了锁,那么这次通过自旋也有可能会获取到锁,所以这次自旋的次数就会增多一些,而如果上一次通过自旋没有成功获取到锁,那么这次自旋可能也获取不到锁,所以为了避免资源的浪费,就会少循环或者不循环,以提高程序的执行效率。简单来说,如果线程自旋成功了,则下次自旋的次数会增多,如果失败,下次自旋的次数会减少。

总结

本文我们介绍了 4 种优化 synchronized 的方案,其中锁膨胀和自适应自旋锁是 synchronized 关键字自身的优化实现,而锁消除和锁粗化是 JVM 虚拟机对 synchronized 提供的优化方案,这些优化方案最终使得 synchronized 的性能得到了大幅的提升,也让它在并发编程中占据了一席之地。

到此这篇关于Java中synchronized 的4个优化技巧的文章就介绍到这了,更多相关synchronized 优化内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们!

(0)

相关推荐

  • Java synchronized底层实现原理以及锁优化

    目录 一.概述 synchronized简介 synchronized作用 synchronized的使用 二.实现原理 三.理解Java对象头 四.JVM对synchronized的锁优化 1.偏向锁 2.轻量级锁 3.重量级锁 4.自旋锁 5.锁消除 6.锁粗化 总结 一.概述 synchronized简介 在多线程并发编程中 synchronized 一直是元老级角色,很多人都会称呼它为重量级锁.但是,随着 Java SE 1.6 对synchronized 进行了各种优化之后,有些情况下

  • Java中的synchronized 优化方法之锁膨胀机制

    目录 synchronized 什么是用户态和内核态? 为什么分内核态和用户态? 锁膨胀 偏向锁 偏向锁执行流程 偏向锁的优点 Mark Word 扩展知识:内存布局 轻量级锁 注意事项 重量级锁 总结 前言: synchronized 在 JDK 1.5 之前性能是比较低的,在那时我们通常会选择使用 Lock 来替代 synchronized.然而这个情况在 JDK 1.6 时就发生了改变,JDK 1.6 中对 synchronized 进行了各种优化,性能也得到了大幅的提升,这也是目前版本中

  • Java 并发编程学习笔记之Synchronized底层优化

    一.重量级锁 上篇文章中向大家介绍了Synchronized的用法及其实现的原理.现在我们应该知道,Synchronized是通过对象内部的一个叫做监视器锁(monitor)来实现的.但是监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock来实现的.而操作系统实现线程之间的切换这就需要从用户态转换到核心态,这个成本非常高,状态之间的转换需要相对比较长的时间,这就是为什么Synchronized效率低的原因.因此,这种依赖于操作系统Mutex Lock所实现的锁我们称之为"重量级锁"

  • Java中synchronized 的4个优化技巧

    目录 前言 1.锁膨胀 2.锁消除 3.锁粗化 4.自适应自旋锁 总结 前言 synchronized 在 JDK 1.5 时性能是比较低的,然而在后续的版本中经过各种优化迭代,它的性能也得到了前所未有的提升,上一篇文章我们谈到了锁膨胀对 synchronized 性能的提升,然而它也只是“众多” synchronized 性能优化方案中的一种,那么我们本文就来盘点一下 synchronized 的核心优化方案. synchronized 核心优化方案主要包含以下 4 个: 锁膨胀 锁消除 锁粗

  • Java中线程的基本方法使用技巧

    java中线程的基本方法的熟练使用是精通多线程编程的必经之路,线程相关的基本方法有wait,notify,notifyAll,sleep,join,yield等,本文浅要的介绍一下它们的使用方式. 线程的状态图 java将操作系统中的就绪和运行两种状态统称为可运行状态,java中线程的状态可以认为有以上六种. wait 调用该方法的线程进入WAITING状态,只有等待另外线程的通知或被中断才会返回,需要注意的是调用wait()方法后,会释放对象的锁. 因此,wait方法一般用在同步方法或同步代码

  • Java中synchronized关键字引出的多种锁 问题

    前言 Java 中的 synchronized关键字可以在多线程环境下用来作为线程安全的同步锁.本文不讨论 synchronized 的具体使用,而是研究下synchronized底层的锁机制,以及这些锁分别的优缺点. 一 synchronized机制 synchronized关键字是JAVA中常用的同步功能,提供了简单易用的锁功能. synchronized有三种用法,分别为: 用在普通方法上,能够锁住当前对象.用在静态方法上,能够锁住类用在代码块上,锁住的是synchronized()里的对

  • Java中synchronized实现原理详解

    记得刚刚开始学习Java的时候,一遇到多线程情况就是synchronized,相对于当时的我们来说synchronized是这么的神奇而又强大,那个时候我们赋予它一个名字"同步",也成为了我们解决多线程情况的百试不爽的良药.但是,随着我们学习的进行我们知道synchronized是一个重量级锁,相对于Lock,它会显得那么笨重,以至于我们认为它不是那么的高效而慢慢摒弃它. 诚然,随着Javs SE 1.6对synchronized进行的各种优化后,synchronized并不会显得那么

  • Java中synchronized锁升级的过程

    目录 简介 CAS markWord Synchronized的锁升级 偏向锁 轻量级锁 重量级锁 总结 简介 在多线程中解决线程安全的问题时常用到Synchronized,现在的synchronized相对于早期的synchronized做出了优化,从以前的加锁就是重量级锁优化成了有一个锁升级的过程(偏向锁->轻量级锁->重量级锁). CAS cas的全称是compare and swap,从名称上可以看出它是先比较再进行设置,它是一种在多线程环境下实现同步功能的机制. 下面这段代码是在Re

  • 深入了解Java中Synchronized的各种使用方法

    目录 Synchronized关键字 Synchronized修饰实例方法 Synchronized修饰静态方法 Sychronized修饰多个方法 Synchronized修饰实例方法代码块 Synchronized修饰静态代码块 应该用什么对象作为锁对象 Synchronized与可见性和重排序 可见性 重排序 总结 在Java当中synchronized通常是用来标记一个方法或者代码块.在Java当中被synchronized标记的代码或者方法在同一个时刻只能够有一个线程执行被synchr

  • 一文带你搞懂Java中Synchronized和Lock的原理与使用

    目录 1.Synchronized与Lock对比 2.Synchronized与Lock原理 2.1 Synchronized原理 2.2 Lock原理 3.Synchronized与Lock使用 Synchronized Lock 4.相关问题 1.Synchronized与Lock对比 实现方式:Synchronized是Java语言内置的关键字,而Lock是一个Java接口. 锁的获取和释放:Synchronized是隐式获取和释放锁,由Java虚拟机自动完成:而Lock需要显式地调用lo

  • java中synchronized(同步代码块和同步方法)详解及区别

     java中synchronized(同步代码块和同步方法)详解及区别 问题的由来: 看到这样一个面试题: //下列两个方法有什么区别 public synchronized void method1(){} public void method2(){ synchronized (obj){} } synchronized用于解决同步问题,当有多条线程同时访问共享数据时,如果进行同步,就会发生错误,Java提供的解决方案是:只要将操作共享数据的语句在某一时段让一个线程执行完,在执行过程中,其他

  • 透彻理解Java中Synchronized(对象锁)和Static Synchronized(类锁)的区别

    本文讲述了Java中Synchronized(对象锁)和Static Synchronized(类锁)的区别.分享给大家供大家参考,具体如下: Synchronized和Static Synchronized区别 通过分析这两个用法的分析,我们可以理解java中锁的概念.一个是实例锁(锁在某一个实例对象上,如果该类是单例,那么该锁也具有全局锁的概念),一个是全局锁(该锁针对的是类,无论实例多少个对象,那么线程都共享该锁).实例锁对应的就是synchronized关键字,而类锁(全局锁)对应的就是

  • java中synchronized Lock(本地同步)锁的8种情况

    目录 lock1 lock2 lock3 lock4 lock5 lock6 lock7 lock8 Lock(本地同步)锁的8种情况总结与说明: * 题目: * 1.标准访问,请问是先打印邮件还是短信 Email * 2.email方法新增暂停4秒钟,请问是先打印邮件还是短信 Email * 3.新增普通的hello方法,请问先打印邮件还是hello hello * 4.两部手机,请问先打印邮件还是短信 SMS * 5.两个静态同步方法,1部手机,请问先打印邮件还是短信 Email * 6.两

随机推荐