深入剖析synchronized第二章：系统级对延迟偏向锁的诠释

闲谈

2023-12-14 17:30:41

延迟偏向锁：揭开 Java 同步锁的性能秘密

什么是延迟偏向锁？

当程序中的多个线程同时访问共享数据时，需要使用锁来协调它们的访问。Java 中传统的 synchronized 锁开销很大，尤其是当多个线程争夺同一个锁时。

为了解决这个问题，Java 虚拟机 (JVM) 引入了延迟偏向锁。它是一种更轻量级的锁机制，旨在减少没有竞争的锁定的开销。

延迟偏向锁的工作原理

延迟偏向锁的理念非常简单：只有当多个线程争用一个对象时，才会给该对象加锁。

当一个线程第一次访问一个对象时，JVM 不会立即给它加锁。相反，它会为该对象分配一个延迟偏向锁。延迟偏向锁只是一个标记，表示对象还没有被其他线程锁定。

如果该线程继续独占访问该对象，则延迟偏向锁将保持原样。但是，如果另一个线程尝试访问该对象，则 JVM 将检查延迟偏向锁。

如果延迟偏向锁存在，则 JVM 将尝试将其升级为重量级锁。如果成功，则第二个线程将获得该对象的锁，而第一个线程将被阻塞。如果升级失败，则意味着其他线程已经获得了该对象的锁，第一个线程将被阻塞，直到该锁被释放。

延迟偏向锁的数据结构

延迟偏向锁使用以下数据结构：

对象头： 存储延迟偏向锁标志位和其他元数据。
偏向锁记录： 包含指向偏向线程和时间戳的信息。
锁记录： 存储锁的状态和指向持有线程的信息。

延迟偏向锁的算法

延迟偏向锁的算法如下：

线程访问对象时，检查对象头是否有延迟偏向锁标志位。
如果有延迟偏向锁，则尝试升级为重量级锁。
如果升级成功，则获取锁；如果失败，则等待其他线程释放锁。
线程释放锁时，检查是否有其他线程等待锁。如果有，则将其唤醒。

延迟偏向锁的性能影响

延迟偏向锁可以显著提高 synchronized 锁的性能。它通过以下方式实现：

减少锁争用： 只有在存在竞争时才会给对象加锁，从而减少了锁争用。
降低锁开销： 延迟偏向锁是一种轻量级锁，仅在必要时升级为重量级锁。
提高吞吐量： 减少锁争用和开销可以提高程序的吞吐量。

代码示例

以下 Java 代码示例展示了延迟偏向锁的使用：

class Counter {
    private int count = 0;

    public int increment() {
        synchronized (this) {
            return ++count;
        }
    }
}

在上面示例中，synchronized 会在每次调用 increment() 方法时给 count 对象加锁。

class CounterWithBias {
    private int count = 0;

    public int increment() {
        if (Thread.currentThread() != biasThread) {
            synchronized (this) {
                biasThread = Thread.currentThread();
                return ++count;
            }
        } else {
            return ++count;
        }
    }
    private Thread biasThread = null;
}