- 浏览: 108541 次
- 性别:
- 来自: 北京
文章分类
- 全部博客 (75)
- JVM (22)
- 数据结构 (11)
- java 基础 (16)
- gc (6)
- jmock (1)
- Google (2)
- MapReduce (1)
- Memory (2)
- 算法 (2)
- cglib (1)
- jdk (3)
- 虚拟机 (3)
- 安全 (2)
- 多线程 (1)
- 工作 (1)
- 生活 (1)
- MongoDB (2)
- Hadoop (4)
- HDFS (2)
- cms (2)
- Spring (1)
- 网络协议 (1)
- GitHub (1)
- MYSQL 调优和使用必读(转) (1)
- 分布式 (2)
- Big Data (0)
- 技术Blog (1)
- Hbase (2)
- Zookeeper (1)
- paper (0)
最新评论
-
lzc_java:
Java线程安全兼谈DCL -
select*from爱:
it's nice
IT业薪水大揭秘
转载自 ---- http://icyfenix.iteye.com/blog/1018932
高效并发是JDK
1.6的一个重要主题,HotSpot虚拟机开发团队在这个版本上花费了大量的精力去实现各种锁优化技术,如适应性自旋(Adaptive
Spinning)、锁削除(Lock Elimination)、锁膨胀(Lock Coarsening)、轻量级锁(Lightweight
Locking)、偏向锁(Biased
Locking)等,这些技术都是为了在线程之间更高效地共享数据,以及解决竞争问题,从而提高程序的执行效率。
13.3.1 自旋锁与自适应自旋
前面我们讨论互斥同步的时候,提到了互斥同步对性能最大的影响是阻塞的实现,挂起线程和恢复线程的操作都需要转入内核态中完成,这些操作给系
统的并发性能带来了很大的压力。同时,虚拟机的开发团队也注意到在许多应用上,共享数据的锁定状态只会持续很短的一段时间,为了这段时间去挂起和恢复线程
并不值得。如果物理机器有一个以上的处理器,能让两个或以上的线程同时并行执行,我们就可以让后面请求锁的那个线程“稍等一会”,但不放弃处理器的执行时
间,看看持有锁的线程是否很快就会释放锁。为了让线程等待,我们只须让线程执行一个忙循环(自旋),这项技术就是所谓的自旋锁。
自旋锁在JDK 1.4.2中就已经引入,只不过默认是关闭的,可以使用-XX:+UseSpinning参数来开启,在JDK
1.6中就已经改为默认开启了。自旋等待不能代替阻塞,且先不说对处理器数量的要求,自旋等待本身虽然避免了线程切换的开销,但它是要占用处理器时间的,
所以如果锁被占用的时间很短,自旋等待的效果就会非常好,反之如果锁被占用的时间很长,那么自旋的线程只会白白消耗处理器资源,而不会做任何有用的工作,
反而会带来性能的浪费。因此自旋等待的时间必须要有一定的限度,如果自旋超过了限定的次数仍然没有成功获得锁,就应当使用传统的方式去挂起线程了。自旋次
数的默认值是10次,用户可以使用参数-XX:PreBlockSpin来更改。
在JDK
1.6中引入了自适应的自旋锁。自适应意味着自旋的时间不再固定了,而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。如果在同一个锁对象
上,自旋等待刚刚成功获得过锁,并且持有锁的线程正在运行中,那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功,进而它将允许自旋等待持续相对更长的时间,
比如100个循环。另一方面,如果对于某个锁,自旋很少成功获得过,那在以后要获取这个锁时将可能省略掉自旋过程,以避免浪费处理器资源。有了自适应自
旋,随着程序运行和性能监控信息的不断完善,虚拟机对程序锁的状况预测就会越来越准确,虚拟机就会变得越来越“聪明”了。
13.3.2 锁削除
锁削除是指虚拟机即时编译器在运行时,对一些代码上要求同步,但是被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行削除。锁削除的主要判定依据来源于
逃逸分析的数据支持(第11章已经讲解过逃逸分析技术),如果判断到一段代码中,在堆上的所有数据都不会逃逸出去被其他线程访问到,那就可以把它们当作栈
上数据对待,认为它们是线程私有的,同步加锁自然就无须进行。
也许读者会有疑问,变量是否逃逸,对于虚拟机来说需要使用数据流分析来确定,但是程序员自己应该是很清楚的,怎么会在明知道不存在数据争用的
情况下要求同步呢?答案是有许多同步措施并不是程序员自己加入的,同步的代码在Java程序中的普遍程度也许超过了大部分读者的想象。我们来看看下面代码
清单13-6中的例子,这段非常简单的代码仅仅是输出三个字符串相加的结果,无论是源码字面上还是程序语义上都没有同步。
代码清单 13-6 一段看起来没有同步的代码
我们也知道,由于String是一个不可变的类,对字符串的连接操作总是通过生成新的String对象来进行的,因此Javac编译器会对String
连接做自动优化。在JDK 1.5之前,会转化为StringBuffer对象的连续append()操作,在JDK
1.5及以后的版本中,会转化为StringBuilder对象的连续append()操作。即代码清单13-6中的代码可能会变成代码清单13-7的样
子 。
代码清单 13-7 Javac转化后的字符串连接操作
- public String concatString(String s1, String s2, String s3) {
- StringBuffer sb = new StringBuffer();
- sb.append(s1);
- sb.append(s2);
- sb.append(s3);
- return sb.toString();
- }
(注1:实事求是地说,既然谈到锁削除与逃逸分析,那虚拟机就不可能是JDK 1.5之前的版本,所以实际上会转化为非线程安全的StringBuilder来完成字符串拼接,并不会加锁。但是这也不影响笔者用这个例子证明Java对象中同步的普遍性。)
现在大家还认为这段代码没有涉及同步吗?每个StringBuffer.append()方法中都有一个同步块,锁就是sb对象。虚拟机观察
变量sb,很快就会发现它的动态作用域被限制在concatString()方法内部。也就是sb的所有引用永远不会“逃逸”到
concatString()方法之外,其他线程无法访问到它,所以这里虽然有锁,但是可以被安全地削除掉,在即时编译之后,这段代码就会忽略掉所有的同
步而直接执行了。
13.3.3 锁膨胀
原则上,我们在编写代码的时候,总是推荐将同步块的作用范围限制得尽量小——只在共享数据的实际作用域中才进行同步,这样是为了使得需要同步的操作数量尽可能变小,如果存在锁竞争,那等待锁的线程也能尽快地拿到锁。
大部分情况下,上面的原则都是正确的,但是如果一系列的连续操作都对同一个对象反复加锁和解锁,甚至加锁操作是出现在循环体中的,那即使没有线程竞争,频繁地进行互斥同步操作也会导致不必要的性能损耗。
上面代码清单13-7中连续的append()方法就属于这类情况。如果虚拟机探测到有这样一串零碎的操作都对同一个对象加锁,将会把加锁同
步的范围扩展(膨胀)到整个操作序列的外部,以代码清单13-7为例,就是扩展到第一个append()操作之前直至最后一个append()操作之后,
这样只需要加锁一次就可以了。
13.3.4 轻量级锁
轻量级锁是JDK
1.6之中加入的新型锁机制,它名字中的“轻量级”是相对于使用操作系统互斥量来实现的传统锁而言的,因此传统的锁机制就被称为“重量级”锁。首先需要强
调一点的是,轻量级锁并不是用来代替重量级锁的,它的本意是在没有多线程竞争的前提下,减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗。
要理解轻量级锁,以及后面会讲到的偏向锁的原理和运作过程,必须从HotSpot虚拟机的对象(对象头部分)的内存布局开始介绍。
HotSpot虚拟机的对象头(Object
Header)分为两部分信息,第一部分用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码(HashCode)、GC分代年龄(Generational GC
Age)等,这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机中分别为32个和64个Bits,官方称它为“Mark
Word”,它是实现轻量级锁和偏向锁的关键。另外一部分用于存储指向方法区对象类型数据的指针,如果是数组对象的话,还会有一个额外的部分用于存储数组
长度。
对象头信息是与对象自身定义的数据无关的额外存储成本,考虑到虚拟机的空间效率,Mark
Word被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间内存储尽量多的信息,它会根据对象的状态复用自己的存储空间。例如在32位的HotSpot虚拟机
中对象未被锁定的状态下,Mark
Word的32个Bits空间中的25Bits用于存储对象哈希码(HashCode),4Bits用于存储对象分代年龄,2Bits用于存储锁标志
位,1Bit固定为0,在其他状态(轻量级锁定、重量级锁定、GC标记、可偏向)下对象的存储内容如表13-1所示。
表13-1 HotSpot虚拟机对象头Mark Word
存储内容 | 标志位 | 状态 |
对象哈希码、对象分代年龄 | 01 | 未锁定 |
指向锁记录的指针 | 00 | 轻量级锁定 |
指向重量级锁的指针 | 10 | 膨胀(重量级锁定) |
空,不需要记录信息 | 11 | GC标记 |
偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄 | 01 | 可偏向 |
简单地介绍完了对象的内存布局,我们把话题返回到轻量级锁的执行过程上。在代码进入同步块的时候,如果此同步对象没有被锁定(锁标志位为
“01”状态),虚拟机首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录(Lock Record)的空间,用于存储锁对象目前的Mark
Word的拷贝(官方把这份拷贝加了一个Displaced前缀,即Displaced Mark
Word),这时候线程堆栈与对象头的状态如图13-3所示。
图13-3 轻量级锁CAS操作之前堆栈与对象的状态
然后,虚拟机将使用CAS操作尝试将对象的Mark Word更新为指向Lock
Record的指针。如果这个更新动作成功了,那么这个线程就拥有了该对象的锁,并且对象Mark Word的锁标志位(Mark
Word的最后两个Bits)将转变为“00”,即表示此对象处于轻量级锁定状态,这时候线程堆栈与对象头的状态如图13-4所示。
图13-4 轻量级锁CAS操作之后堆栈与对象的状态
(注2:图13-3和图13-4来源于HotSpot虚拟机的一位Senior Staff Engineer——Paul Hohensee所写的PPT《The Hotspot Java Virtual Machine》
)
如果这个更新操作失败了,虚拟机首先会检查对象的Mark
Word是否指向当前线程的栈帧,如果是就说明当前线程已经拥有了这个对象的锁,那就可以直接进入同步块继续执行,否则说明这个锁对象已经被其他线程抢占
了。如果有两条以上的线程争用同一个锁,那轻量级锁就不再有效,要膨胀为重量级锁,锁标志的状态值变为“10”,Mark
Word中存储的就是指向重量级锁(互斥量)的指针,后面等待锁的线程也要进入阻塞状态。
上面描述的是轻量级锁的加锁过程,它的解锁过程也是通过CAS操作来进行的,如果对象的Mark
Word仍然指向着线程的锁记录,那就用CAS操作把对象当前的Mark Word和线程中复制的Displaced Mark
Word替换回来,如果替换成功,整个同步过程就完成了。如果替换失败,说明有其他线程尝试过获取该锁,那就要在释放锁的同时,唤醒被挂起的线程。
轻量级锁能提升程序同步性能的依据是“对于绝大部分的锁,在整个同步周期内都是不存在竞争的”,这是一个经验数据。如果没有竞争,轻量级锁使
用CAS操作避免了使用互斥量的开销,但如果存在锁竞争,除了互斥量的开销外,还额外发生了CAS操作,因此在有竞争的情况下,轻量级锁会比传统的重量级
锁更慢。
13.3.5 偏向锁
偏向锁也是JDK
1.6中引入的一项锁优化,它的目的是消除数据在无竞争情况下的同步原语,进一步提高程序的运行性能。如果说轻量级锁是在无竞争的情况下使用CAS操作去
消除同步使用的互斥量,那偏向锁就是在无竞争的情况下把整个同步都消除掉,连CAS操作都不做了。
偏向锁的“偏”,就是偏心的“偏”、偏袒的“偏”。它的意思是这个锁会偏向于第一个获得它的线程,如果在接下来的执行过程中,该锁没有被其他的线程获取,则持有偏向锁的线程将永远不需要再进行同步。
如果读者读懂了前面轻量级锁中关于对象头Mark
Word与线程之间的操作过程,那偏向锁的原理理解起来就会很简单。假设当前虚拟机启用了偏向锁(启用参数-XX:+UseBiasedLocking,
这是JDK
1.6的默认值),那么,当锁对象第一次被线程获取的时候,虚拟机将会把对象头中的标志位设为“01”,即偏向模式。同时使用CAS操作把获取到这个锁的
线程的ID记录在对象的Mark
Word之中,如果CAS操作成功,持有偏向锁的线程以后每次进入这个锁相关的同步块时,虚拟机都可以不再进行任何同步操作(例如Locking、
Unlocking及对Mark Word的Update等)。
当有另外一个线程去尝试获取这个锁时,偏向模式就宣告结束。根据锁对象目前是否处于被锁定的状态,撤销偏向(Revoke
Bias)后恢复到未锁定(标志位为“01”)或轻量级锁定(标志位为“00”)的状态,后续的同步操作就如上面介绍的轻量级锁那样执行。偏向锁、轻量级
锁的状态转化及对象Mark Word的关系如图13-5所示。
图13-5 偏向锁、轻量级锁的状态转化及对象Mark Word的关系
偏向锁可以提高带有同步但无竞争的程序性能。它同样是一个带有效益权衡(Trade
Off)性质的优化,也就是说它并不一定总是对程序运行有利,如果程序中大多数的锁都总是被多个不同的线程访问,那偏向模式就是多余的。在具体问题具体分
析的前提下,有时候使用参数-XX:-UseBiasedLocking来禁止偏向锁优化反而可以提升性能。
发表评论
-
JVM优化之压缩普通对象指针(CompressedOops)
2013-05-03 11:01 1253通常64位JVM消耗的内存 ... -
JVM优化之调整大内存分页(LargePage)
2013-05-03 10:58 1190转载自 ---- http://kenwublog ... -
JVM优化之逃逸分析(Escape Analysis)
2013-05-03 10:56 1073转载自 ---- http://kenwublog ... -
java的内存管理
2012-03-29 16:59 1597转载自 ---- http://yangzhiyong77 ... -
java虚拟机常用命令工具(转载)
2012-01-31 16:40 6686转载自 ---- http://learnworld.itey ... -
虚拟机中的锁优化简介(适应性自旋/锁粗化/锁削除/轻量级锁/偏向锁)
2011-10-10 18:07 2166转载自 ---- http://www.iteye.com/t ... -
Java内存泄露的理解与解决
2011-10-10 16:38 960转载自 ---- http://henryyang.itey ... -
深入Java,初探JVM
2011-08-23 17:23 815转载自 ---- http://lrysir ... -
深入理解JVM
2011-08-22 18:18 882转载自 ---- http://yanle ... -
JVM问题诊断常用命令:jinfo,jmap,jstack
2011-08-18 11:19 1554转载自 ---- http://singleant.iteye ... -
Java HotSpot 性能引擎架构
2011-08-17 17:04 1035转载自 ---- http://lifethink ... -
CMS gc实践总结(转载)
2011-08-10 15:09 1066首先感谢阿宝 同学的帮助,我才对这个gc算法的调整有 ... -
jvm优化参数整理
2011-08-10 14:47 1417转载自 ---- http://agapple.ite ... -
GC机制小结
2011-08-10 14:07 716转载自 ---- http://zhangjian ... -
Java内存模型(JMM) 资料整理(转载)
2011-08-10 13:35 977转载自 ---- http://blog.csdn.net/o ... -
ClassLoader解析(转载)
2011-08-05 14:35 963转载自 ---- http://shangjava ... -
java线程安全总结 续(转载)
2011-08-03 16:35 849转载自 ---- http://www.iteye ... -
java线程安全总结(转载)
2011-08-03 16:33 770转载自 ---- http://www.iteye ... -
透过JVM看Exception本质(转载)
2011-08-03 15:11 824转载自 ---- http://icyfenix.iteye. ... -
JVM内存管理:深入垃圾收集器与内存分配策略(转载)
2011-08-03 14:59 820转载自 ---- http://www.iteye.com/t ...
相关推荐
java 中的锁 -- 偏向锁、轻量级锁、自旋锁、重量级锁
很多人都会称呼它为重量级锁,但是随着Java SE1.6对Synchronized进行了各种优化之后,有些情况下它并不那么重了,本文详细介绍了Java SE1.6中为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗而引入的偏向锁和轻量级锁,...
二重Cayley树上自旋为1/2和3/2的混合自旋模型的,张鑫,,本文利用迭代方法,在亚铁磁情况下,研究了晶体场作用下二重Cayley树上自旋为1/2和3/2的混合Ising系统的热力学和临界现象。通过数值求�
总的来说,Java的`synchronized`通过对象头的Mark Word和Monitor对象实现了线程安全的同步机制,同时引入了偏向锁、轻量级锁和自旋锁等优化手段,以平衡性能和线程安全性。理解这些锁的工作原理对于编写高性能的并发...
5. **锁升级**:从无锁到偏向锁,再到轻量级锁,最后到重量级锁的过程,是Java为了优化锁性能的设计策略。 6. **锁优化**: - **减少锁持有时间**:尽量缩短锁的生命周期,降低并发冲突的可能性。 - **减小锁粒度...
本文着手在非相对论体系中对自旋1/2和自旋1物质电流/源的自旋和速度相关电位类别之间进行比较研究。 (中性质量)标量粒子和矢量粒子都被认为可以介导(伪)标量源或(伪)矢量电流之间的相互作用。 尽管我们的讨论...
在现代多核、多CPU插槽的系统中,CPU自旋锁优化对于提升系统性能至关重要。自旋锁是一种同步机制,用于保护临界区,即一段必须被单个线程独占执行的代码。在多处理器环境中,自旋锁可能会引发一系列问题,特别是在非...
**自旋锁**是一种轻量级的锁机制,主要用于短时间的同步需求,特别适合于多处理器环境下的资源争用情况。自旋锁不会使调用者进入睡眠状态,而是让线程在一个循环中不断检查锁的状态,直到锁被释放。这种“自旋”的...
在分布式系统中,为了保证数据的一致性和安全性,分布式锁是一种常见的解决方案。Redis作为一个高性能的键值存储系统,常被用作实现分布式锁的工具。本文将深入探讨如何使用Redis实现分布式锁,以及如何利用自旋式...
- **信号量锁**保护的临界区可以包含可能引起阻塞的代码。 - **自旋锁**绝对要避免用来保护包含可能引起阻塞代码的临界区,因为阻塞意味着要进行进程的切换,这可能导致死锁。 5. **锁的占用**: - 在占用**信号...
锁机制可以分为偏向锁、轻量级锁、重量级锁、自旋锁等。锁机制可以保证在多线程环境下,数据的安全和一致性。 五、Disruptor 框架 Disruptor 框架是一个高性能的并发框架,使用原子操作和锁机制来实现高效的并发...
然后,偏向锁是指锁状态中的一种,基于轻量级锁进行了优化,假设整个过程只有一个线程获得锁,从而减少了多次的加锁和解锁。轻量级锁是指锁状态中的一种,基于重量级锁进行了优化,假设多线程竞争是互相错开的,不会...
在实际应用中,理解和掌握偏向锁、轻量级锁和重量级锁的升级过程对于优化多线程程序的性能至关重要。开发者可以根据系统的并发情况调整JVM参数,以达到更好的锁优化效果。例如,如果系统大部分时间无锁竞争,偏向锁...
需要将锁升级到轻量级锁,在轻量级锁状态下,竞争锁的线程根据自适应自旋次数去尝试抢占锁资源,如果在轻量级锁状态下还是没有竞争到锁,就只能升级到重量级锁,在重量级锁状态下,没有竞争到锁的线程就会被阻塞,...
总结来说,`synchronized`锁机制在Java中通过多种方式实现了线程同步,包括自旋锁、自适应自旋锁、轻量锁和偏向锁,这些机制在不同程度上减少了锁的开销,提高了并发性能。在实际编程中,了解这些机制有助于编写出...
无锁编程是一种高级的并发控制技术,它避免了在多线程环境中使用传统的互斥量或信号量等机制带来的上下文切换开销。在无锁编程中,自旋锁是核心概念之一,它用于保护共享资源,使得在等待资源释放时,线程不会被挂起...
在Java并发编程中,锁的优化是一个关键领域,而MarkWord就是Java虚拟机实现锁优化的一种机制,它位于对象头中,用于存储对象的元数据,包括锁状态。本篇文章将详细解析MarkWord中的锁状态以及其在不同锁模式下的特点...
本文主要探讨了Java中的锁优化技术,包括自旋锁、锁消退、锁粗化以及轻量级锁。 自旋锁是一种优化策略,其核心思想是当一个线程在尝试获取锁时,如果锁已经被其他线程持有,它不会立即进入阻塞状态,而是循环等待,...
与自旋锁相比,信号量和读写信号量更适合于那些可能需要较长时间持有锁的情况,它们允许调用者进入睡眠状态,但这限制了它们只能在进程上下文中使用。而在中断上下文,如中断处理程序或软中断中,必须使用自旋锁,...