锁优化
锁优化技术
- 自旋锁和自适应自旋
- 锁消除
- 锁粗化
- 偏向锁
- 轻量级锁
自旋锁和自适应自旋
当一个线程获取锁失败时，不是直接放弃处理器时间，而是执行一定次数自旋。若自旋期间释放锁，则直接获取锁，否则再挂起线程。
问题：自旋的时间过长，浪费处理器资源。自旋时间过短，可能无法获得锁。
自适应自旋
自旋的次数由同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者状态决定。
若同一个锁对象上，自旋等待刚刚获取锁，则延长自旋的次数。
若自旋很少获取到锁，则可能省略自旋阶段。
锁消除
通过逃逸分析发现某些使用同步的代码段，对不存在竞争的共享数据进行加锁，可以将这种锁消除。
若一段代码中，堆中的所有数据都不会逃逸出被其他线程访问，则将其当作栈上数据，不进行加锁。
示例：
public void method(){
StringBuilder builder = new StringBuilder();
String s = builder.toString();
}
锁粗化
一般情况下，尽量减少同步块的作用范围，从而减少锁竞争。
但是对于一系列操作对于同一个对象进行加锁，解锁。即使没有线程竞争，频繁的加锁和释放锁会导致不必要的性能消耗。
锁粗化：消除对同一个对象的连续的加锁和释放锁，将锁的同步范围扩大到整个加锁和解锁范围，即只需要一次加锁和一次解锁。
轻量级锁
目的：在没有多线程竞争的情况下，减少重量级锁使用系统互斥量造成的性能消耗。
对象头组成
- 对象自身的运行时数据：（Mark Word）
- 哈希码
- GC年龄
- 锁标志位
- 偏向状态
- 指向方法区对象类型的指针
锁状态：
流程：
加锁：
- 若对象没有被锁定，则先在当前线程的栈帧中创建锁记录（存储对象的Mark Word的拷贝）。
- 使用CAS将对象的Mark Word更新为指向调用栈中的锁记录的指针。
- 若更新成功，该线程持有该对象的锁，更新对象的锁标志位为轻量级锁。
- 若更新失败，则先检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧。若是，则当前线程已持有锁，则继续执行。否则存在线程竞争，将锁膨胀为重量级锁。Mark Word存储的是指向重量级锁的指针（互斥量），后续操作必须进入阻塞状态。
解锁：
- 通过CAS将对象的当前的Mark Word替换为线程栈中的备份的锁记录。
- 若替换成功，则顺利结束。
- 若替换失败，则由其他线程尝试获取锁，则释放锁的同时，唤醒被挂起的线程。
适用于：
没有竞争的情况，可以避免使用互斥量。但是若存在锁竞争，则除了互斥量的开销，还有CAS操作的开销。
偏向锁
偏向锁是在无锁情况下将所有同步都消除。
这个锁会偏向于第一个获取的线程。
流程：
加锁：
- 锁对象第一次被线程获取时，将对象头中锁状态设置为偏向锁，偏向模式设置为1，表示进入偏向状态。
- 使用CAS将线程ID记录到对象的Mark Work中。
- 如果操作成功，则持有偏向锁的线程每次进入同步代码块中时不需要任何同步操作。
- 若另外一个线程尝试获取锁，则根据当前锁定状态改变锁状态：
- 若对象未锁定：将对象的锁状态设置为未锁定，不可偏向状态。
- 若对象已锁定：将对象的锁状态设置为轻量级锁状态。
注：
- 一旦计算过哈希值或者从偏向状态转向其他状态，则无法再转向偏向状态。
对象头（Mark Word）
| 锁状态 | 内容 | 锁标志位 |
|---|---|---|
| 未锁定 | 对象哈希码，GC年龄 | 01 |
| 轻量级锁 | 指向调用栈中的锁记录的指针 | 00 |
| 重量级锁 | 指向重量级锁的指针 | 10 |
| GC标记 | 空 | 11 |
| 可偏向 | 线程ID，GC年龄 | 01 |