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Java性能之synchronized锁的优化

2019-09-23 09:11:28来源：博客园阅读 ()

Java性能之synchronized锁的优化

synchronized / Lock

1.JDK 1.5之前，Java通过synchronized关键字来实现锁功能

synchronized是JVM实现的内置锁，锁的获取和释放都是由JVM隐式实现的

2.JDK 1.5，并发包中新增了Lock接口来实现锁功能

提供了与synchronized类似的同步功能，但需要显式获取和释放锁

3. Lock同步锁是基于Java实现的，而synchronized是基于底层操作系统的Mutex Lock实现的

每次获取和释放锁都会带来用户态和内核态的切换，从而增加系统的性能开销
在锁竞争激烈的情况下，synchronized同步锁的性能很糟糕
在JDK 1.5，在单线程重复申请锁的情况下，synchronized锁性能要比Lock的性能差很多

4.JDK 1.6，Java对synchronized同步锁做了充分的优化，甚至在某些场景下，它的性能已经超越了Lock同步锁

实现原理

public class SyncTest {
 public synchronized void method1() {
 }
 public void method2() {
 Object o = new Object();
 synchronized (o) {
 }
 }
}
$ javac -encoding UTF-8 SyncTest.java
$ javap -v SyncTest

修饰方法

public synchronized void method1();
 descriptor: ()V
 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
 Code:
 stack=0, locals=1, args_size=1
 0: return

JVM使用ACC_SYNCHRONIZED访问标识来区分一个方法是否为同步方法
在方法调用时，会检查方法是否被设置了ACC_SYNCHRONIZED访问标识

如果是，执行线程会将先尝试持有Monitor对象，再执行方法，方法执行完成后，最后释放Monitor对象

修饰代码块

public void method2();
 descriptor: ()V
 flags: ACC_PUBLIC
 Code:
 stack=2, locals=4, args_size=1
 0: new #2 // class java/lang/Object
 3: dup
 4: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
 7: astore_1
 8: aload_1
 9: dup
 10: astore_2
 11: monitorenter
 12: aload_2
 13: monitorexit
 14: goto 22
 17: astore_3
 18: aload_2
 19: monitorexit
 20: aload_3
 21: athrow
 22: return

synchronized修饰同步代码块时，由monitorenter和monitorexit指令来实现同步
进入monitorenter指令后，线程将持有该Monitor对象，进入monitorexit指令，线程将释放该Monitor对象

管程模型

1.JVM中的同步是基于进入和退出管程（Monitor）对象实现的

2.每个Java对象实例都会有一个Monitor，Monitor可以和Java对象实例一起被创建和销毁

3.Monitor是由ObjectMonitor实现的，对应ObjectMonitor.hpp

4.当多个线程同时访问一段同步代码时，会先被放在EntryList中

5.当线程获取到Java对象的Monitor时（Monitor是依靠底层操作系统的Mutex Lock来实现互斥的）

线程申请Mutex成功，则持有该Mutex，其它线程将无法获取到该Mutex

6.进入WaitSet

竞争锁失败的线程会进入WaitSet
竞争锁成功的线程如果调用wait方法，就会释放当前持有的Mutex，并且该线程会进入WaitSet
进入WaitSet的进程会等待下一次唤醒，然后进入EntryList重新排队

7.如果当前线程顺利执行完方法，也会释放Mutex

8.Monitor依赖于底层操作系统的实现，存在用户态和内核态之间的切换，所以增加了性能开销

ObjectMonitor() {
 _header = NULL;
 _count = 0; // 记录个数
 _waiters = 0,
 _recursions = 0;
 _object = NULL;
 _owner = NULL; // 持有该Monitor的线程
 _WaitSet = NULL; // 处于wait状态的线程，会被加入 _WaitSet
 _WaitSetLock = 0 ;
 _Responsible = NULL ;
 _succ = NULL ;
 _cxq = NULL ;
 FreeNext = NULL ;
 _EntryList = NULL ; // 多个线程访问同步块或同步方法，会首先被加入 _EntryList
 _SpinFreq = 0 ;
 _SpinClock = 0 ;
 OwnerIsThread = 0 ;
 _previous_owner_tid = 0;
}