偏向锁：加速Java多线程执行

偏向锁：加速Java多线程执行

多线程是现代编程中不可或缺的一部分，它允许程序同时执行多个任务，提高了程序的效率和响应速度。然而，在多线程编程中，锁的使用不可避免地会带来性能开销，特别是当多个线程同时竞争同一把锁时，性能损失更加严重。

为了解决这个问题，Java引入了一种轻量级锁——偏向锁，旨在提高Java多线程应用程序的性能。偏向锁通过识别并偏向于经常访问共享数据的线程，从而减少获取锁的开销。

偏向锁的原理

偏向锁的工作原理非常简单。当一个线程第一次获取锁时，虚拟机会检查该线程是否具有偏向锁资格。如果具有，则将锁偏向于该线程。这意味着，在下一次该线程获取锁时，它可以直接获取锁，而不需要竞争。

偏向锁资格的判断条件是：

• 线程必须是独占锁的持有者。
• 没有其他线程等待获取锁。
• 锁没有被标记为可重入锁。

偏向锁的实现

偏向锁的实现非常巧妙。它利用Java对象头中的偏向锁标志位来实现锁的偏向。

Java对象头中有一个叫做“mark word”的字段，它存储了对象的各种信息，包括对象的哈希码、GC年龄等。在Java 6及以后版本中，“mark word”的高三位被用作偏向锁标志位。

当锁被偏向于某个线程时，“mark word”的高三位就被设置为该线程的ID。当其他线程尝试获取锁时，虚拟机首先检查“mark word”的高三位是否与当前线程的ID匹配。如果匹配，则该线程可以直接获取锁。否则，虚拟机会将锁升级为重量级锁，并按照重量级锁的规则进行锁竞争。

偏向锁的应用

偏向锁非常适用于那些经常被同一线程访问的锁。在这些场景中，偏向锁可以大大减少获取锁的开销，从而提高程序的性能。

例如，在Java集合框架中，HashMap就是一个典型的例子。HashMap中的每个桶都是一个单独的锁。当多个线程同时访问HashMap时，这些线程很可能同时竞争同一把锁。在这种情况下，使用偏向锁可以显著提高HashMap的性能。

偏向锁的局限性

偏向锁虽然可以提高程序的性能，但它也有一些局限性。

• 偏向锁只适用于独占锁，不适用于共享锁。
• 偏向锁可能导致锁饥饿问题。如果一个线程长期持有锁，其他线程就无法获取锁，从而导致饥饿。
• 偏向锁可能导致死锁。如果两个线程同时获取两个不同的锁，并且这两个锁相互依赖，那么就会导致死锁。

结论

偏向锁是一种轻量级锁，旨在提高Java多线程应用程序的性能。它通过识别并偏向于经常访问共享数据的线程，从而减少获取锁的开销。偏向锁非常适用于那些经常被同一线程访问的锁。在这些场景中，偏向锁可以大大减少获取锁的开销，从而提高程序的性能。但是，偏向锁也有一些局限性，例如只适用于独占锁、可能导致锁饥饿问题和死锁等。因此，在使用偏向锁时，需要权衡其利弊，并根据具体情况选择合适的锁类型。