Java 锁机制

Java 锁

Java中锁的分类

• 悲观锁，就是悲观思想，认为写操作多，遇到的并发可能高。不管是否发生多线程冲突，每次去读写数据的时候，都会上锁，导致锁之间的争夺，挂起、唤醒等开销。Synchronized就是悲观锁
• 乐观锁，就是乐观思想，认为读多写少，遇到并发情况小。每次去读数据的时候都不会上锁，但是在更新数据的时候，先读取数据，然后加锁(如果和上次读的数据时一样，则更新)，否则失败，重复读-比较-写操作。比如：偏向锁、轻量级锁（CAS轮询）、自旋锁。

在多线程的加锁机制中，JVM会首先尝试乐观锁，失败后才调用悲观锁。

对象的内存分布

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中的存储布局分为三部分：对象头、实例数据、对其填充。

对象头（Mark Word）

• 对象自身的运行时数据
  如：哈希吗（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32bit和64bit，简称“Mark Word”

• 如果对象是数组类型，则虚拟机用3个Word（字宽）存储对象头，如果对象是非数组类型，则用2Word存储对象头。

• 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。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32bit空间中的25bit用于存储对象哈希吗（HashCode），4bit用于存储对象分代年龄，2bit用于存储锁标志位，1bit固定为0
  

锁的升级与对比

Java SE 1.6种锁一共有四种状态，级别从低到高：无锁状态、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。随着竞争的情况逐渐升级，但不能降级。
* 偏向锁
顾名思义，就是偏向于当前已经占有锁的线程。如果在运行过程中，同步锁只有一个线程访问，不存在多线程争用的情况，则线程是不需要触发同步的，这种情况下，就会给线程加一个偏向锁。如果在运行过程中，遇到了其他线程抢占锁，则持有偏向锁的线程会被挂起，JVM会消除它身上的偏向锁，将锁恢复到标准的轻量级锁。

-XX:+UseBiasedLocking

• 自旋锁
  自旋锁可以使线程在没有取得锁的时候，不被挂起，而转去执行一个空循环，（即所谓的自旋，就是自己执行空循环），若在若干个空循环后，线程如果可以获得锁，则继续执行。若线程依然不能获得锁，才会被挂起。
  使用自旋锁后，线程被挂起的几率相对减少，线程执行的连贯性相对加强。因此，对于那些锁竞争不是很激烈，锁占用时间很短的并发线程，具有一定的积极意义，但对于锁竞争激烈，单线程锁占用很长时间的并发程序，自旋锁在自旋等待后，往往毅然无法获得对应的锁，不仅仅白白浪费了CPU时间，最终还是免不了被挂起的操作 ，反而浪费了系统的资源。

在JDK1.6中，Java虚拟机提供-XX:+UseSpinning参数来开启自旋锁，使用-XX:PreBlockSpin参数来设置自旋锁等待的次数。
在JDK1.7开始，自旋锁的参数被取消，虚拟机不再支持由用户配置自旋锁，自旋锁总是会执行，自旋锁次数也由虚拟机自动调整。

• 轻量级锁

• 重量级锁

锁优化

• 减少锁持有时间
  例如：对一个方法加锁，不如对方法中需要同步的几行代码加锁；
• 减小锁粒度
  ConcurrentHashMap采取对segment加锁而不是整个map加锁，提高并发性；
• 锁分离
  根据同步操作的性质，把锁划分为的读锁和写锁，读锁之间不互斥，提高了并发性。

• 锁粗化
  这看起来与思路1有冲突，其实不然。思路1是针对一个线程中只有个别地方需要同步，所以把锁加在同步的语句上而不是更大的范围，减少线程持有锁的时间；

• 锁消除
  锁消除是编译器做的事：根据代码逃逸技术，如果判断到一段代码中，堆上的数据不会逃逸出当前线程（即不会影响线程空间外的数据），那么可以认为这段代码是线程安全的，不必要加锁。

参考文献
1. https://www.cnblogs.com/charlesblc/p/5994162.html
2. https://www.jianshu.com/p/78cf35f01b2f
3. http://www.cnblogs.com/think-in-java/p/5520462.html