脚本宝典收集整理的这篇文章主要介绍了

java并发机制与底层实现原理

脚本宝典小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考,希望能帮助你少写一行代码,多一份安全和惬意。

java并发机制与底层实现原理

volatile

volatile是轻量级的synchronize,它在多处理器开发中保证了共享变量的“可见性”,因为它不会引起线程上下文的切换和调度,所以比synchronize的使用和执行成本更底。
为了提高处理速度,处理器不直接和内存进行通信,而是先将系统内存的数据读到内部缓存(L1,L2或其他)后再进行操作,但操作完不知道何时会写到内存。使用volatile变量,在操作后,JVM会发出lock指令

  • 将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存
  • 这个写回内存的操作会使在其他cpu里缓存了该内存地址的数据无效

synchronize

同步基础

synchronize实现同步的基础,具体表现为三种形式

  • 对于普通同步方法,锁是当前实例对象
  • 对于静态同步方法,锁是当前类的class对象
  • 对于同步方法块,锁是Synchronize括号里配置的对象

当一个线程试图访问同步代码块时,它首先必须得到锁,退出或抛出异常时必须释放锁。那么锁到底存在那里,锁里会存储什么信息。

java对象头

synchonize用的锁是存在java对象头里的。如果对象是数组类型,则JVM用三个字宽存储对象头,如果对象为非数组类型,则用二个字宽存储对象头。32位中,一字宽等于四字节(32bit)

长度 内容 说明
32/64bit Mark Word 存储对象的hashCode或锁信息等。
32/64bit Class Metadata Address 存储到对象类型数据的指针
32/64bit Array length 数组的长度(如果当前对象是数组)

在运行期间Mark Word里存存储的数据会随着锁标志位的变化而变化。会成为下面的一种
图片描述

锁类型

为了减少获得锁与释放锁所带来的性能消耗,引入“偏向锁”和“轻量级锁'.所以在java中存在四种状态

  • 无锁状态
  • 偏向锁状态
  • 轻量级锁状态
  • 自旋锁
  • 重量级锁状态

它会随着竞争情况逐渐升级。锁可以升级但不能降级,意味着偏向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁

偏向锁

Hotspot的作者经过以往的研究发现大多数情况下锁不仅不存在多线程竞争,而且总是由同一线程多次获得,为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。当一个线程访问同步块并获取锁时,会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID,以后该线程在进入和退出同步块时不需要花费CAS操作来加锁和解锁。

流程图中展示偏向锁的获取释放以及升级至轻量锁
图片描述

轻量级锁

1.轻量级锁加锁: 

线程在执行同步块之前,JVM会先在当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间,并将对象头中的Mark Word复制到锁记录中,官方称为Displaced Mark Word。然后线程尝试使用CAS将对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功,当前线程获得锁,如果失败,表示其他线程竞争锁,当前线程便尝试使用自旋来获取锁。

2.轻量级锁解锁 

轻量级解锁时,会使用原子的CAS操作来将Displaced Mark Word替换回到对象头,如果成功,则表示没有竞争发生。如果失败,表示当前锁存在竞争,锁就会膨胀成重量级锁。下图是两个线程同时争夺锁,导致锁膨胀的流程图。
借用网上流程图如下:
图片描述

自旋锁

当竟争存在时,如果线程可以很快获得锁,那么可以不在OS层挂起线程(线程切换平均消耗8K个时钟周期),让线程多做几个空操作(自旋)

  1. 如果同步块过长,自旋失败,会降低系统性能
  2. 如果同步块很短,自旋成功,节省线程挂起切换时间,担升系统性能

锁对比

优点 缺点 适用场景
偏向锁 加锁和解锁不需要额外的消耗,和执行非同步方法比仅存在纳秒级的差距。 如果线程间存在锁竞争,会带来额外的锁撤销的消耗。 适用于只有一个线程访问同步块场景。</td
轻量级锁 竞争的线程不会阻塞,提高了程序的响应速度。 如果始终得不到锁竞争的线程使用自旋会消耗CPU 追求响应时间。同步块执行速度非常快。
重量级锁 线程竞争不使用自旋,不会消耗CPU。 线程阻塞,响应时间缓慢。 追求吞吐量。同步块执行速度较长。

总结

  • 偏向锁,轻量级锁,自旋锁不是JAVA语言层上的优化方法
  • 内置于JVM中的获取锁的优化方法与获取锁的步骤

    1. 偏向锁可用可先尝试偏向锁
    2. 轻量级锁可用可先尝试轻量级锁
    3. 1与2都失败,则尝试自旋锁
    4. 再失败,尝试普通锁,使用OS互斥量在操作系统层挂起

总结

以上是脚本宝典为你收集整理的

java并发机制与底层实现原理

全部内容,希望文章能够帮你解决

java并发机制与底层实现原理

所遇到的程序开发问题,欢迎加入QQ群277859234一起讨论学习。如果觉得脚本宝典网站内容还不错,欢迎将脚本宝典网站推荐给程序员好友。 本图文内容来源于网友网络收集整理提供,作为学习参考使用,版权属于原作者。如您有任何意见或建议可联系处理。小编QQ:384754419,请注明来意。

80%的人都看过