Java内置锁synchronized锁优化

ゝ一纸荒年。 2023-09-26 23:28 145阅读 0赞

### Java内置锁synchronized锁优化 ###

*  自旋优化
 *  锁粗化
 *  锁消除
 *   *  逃逸分析（Escape Analysis）
     *   *  方法逃逸（对象逃出当前方法）
         *  线程逃逸（对象逃出当前线程）

# 自旋优化 #

重量级锁竞争的时候，还可以使用自旋来进行优化，如果当前线程自旋成功（即这时候持锁线程已经退出了同步块，释放了锁），这时当前线程就可以避免阻塞。

1.  自旋会占用CPU时间，单核CPU自旋就是浪费，多核CPU自旋才能发挥优势。
2.  在Java 6之后自旋是自适应的，比如对象刚刚的一次自旋操作成功过，那么认为这次自旋成功的可能性会高，就多自旋几次；反之，就少自旋甚至不自旋，比较智能。可以通过-XX+UseSpinning 参数来开启自旋锁，使用 -XX:PreBlockSpin 参数来设置自旋锁的等待次数。

Java 7 之后不能控制是否开启自旋功能。  
注意：**自旋的目的是为了减少线程挂起的次数，尽量避免直接挂起线程（挂起操作涉及系统调用，存在用户态和内核态切换，这才是重量级锁最大的开销）**。

# 锁粗化 #

假设一系列的连续操作都会**对同一个对象反复加锁及解锁，甚至加锁操作是出现在循环体中的**，即使没有出现线程竞争，频繁地进行互斥同步操作也会导致不必要的性能损耗。如果JVM检测到有一连串零碎的操作都是对同一对象的加锁，将会扩大加锁同步的范围（即锁粗化）到整个操作序列的外部。

StringBuffer buffer = new StringBuffer();
    /** 锁粗化 */
    public void append(){
        
    	buffer.append("aaa").append(" bbb").append(" ccc");
    }

上述代码每次调用buffer.append方法都需要加锁和解锁，如果JVM检测到有一连串的对同一个对象加锁和解锁的操作，就会将其合并成一次范围更大的加锁和解锁操作，即在第一次append方法时加锁，最后一次append方法结束后进行解锁。

# 锁消除 #

锁消除即删除不必要的加锁操作。锁消除是Java虚拟机在JIT编译期间，通过对运行上下文的扫描，去除不可能存在共享资源竞争的锁，通过锁消除，可以节省毫无意义的请求锁时间。

【补充】JIT编译指的是在运行时需要代码时，将Microsoft中间语言(MSIL)转换为机器码的编译。

public class LockEliminationTest{
        
    	/**
    	 * 锁消除
    	 * -XX:+EliminiateLocks 开启锁消除(jdk8默认开启)
    	 * -XX:-EliminiateLocks 关闭锁清除
    	 * @param str1
    	 * @param str2
    	 */
    	 public void append(String str1, String str2)
    	 	StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();
    	 	stringBuffer.append(str1).append(str2);
    	 }
    	
    	 public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        
    	 	LockEliminationTest demo = new LockEliminationTest();
    	 	long start = System.currentTimeMillis();
    	 	for(int i=0; i < 100000000; i++){
        
    	 		demo.append("aaa", "bbb");
    	 	}
    	 	long end = System.currentTimeMills();
    	 	System.out.println("执行时间:" + (end-start) + " ms");
    	 }

## 逃逸分析（Escape Analysis） ##

逃逸分析，是一种可以有效减少Java程序中同步负载和内存堆分配压力的跨函数全局数据流分析算法。通过逃逸分析，Java Hotspot编译器能够分析出一个新的对象的引用的使用范围从而决定是否要将这个对象分配到堆上。**逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域**。

### 方法逃逸（对象逃出当前方法） ###

当一个对象在方法中被定义后，它可能被外部方法所引用，例如作为调用参数传递到其他地方中。

### 线程逃逸（对象逃出当前线程） ###

这个对象甚至可能被其他线程访问到，例如赋值给类变量或可以在其他线程中访问的实例变量。

使用逃逸分析，编译器可以对代码做如下优化：

1.  同步省略或**锁消除(Sycnchronization Elimination)**。如果一个对象被发现只能从一个线程被访问到，那么对于这个对象的操作可以不考虑同步。
2.  将堆分配转化为**栈分配(Stack Allocation)**。如果一个对象在子程序中被分配，要使指向该对象的指针永远不会逃逸，对象可能是栈分配的候选，而不是堆分配。
3.  分离对象或**标量替换(Scalar Replacement)**。有的对象可能不需要作为一个连续的内存结构也可以被访问到，那么对象的部分（或全部）可以不存储在内存，而是存储在CPU寄存器中。

**参考资料**：[Java 内置锁 synchronized 锁优化][Java _ synchronized]

[Java _ synchronized]: https://www.bilibili.com/video/BV1ws4y1e7rU/?spm_id_from=333.880.my_history.page.click&vd_source=a1af903e57688df870625021f7f3a7eb