几种锁:偏向锁、轻量级锁、重量级锁、自旋锁

简介: **锁机制简介:**Java中,锁分为偏向锁、轻量级锁和重量级锁。偏向锁适用于单一线程多次获取同一锁的情况,减少无竞争下的性能消耗;轻量级锁在多线程竞争时通过自旋避免阻塞,提升效率;重量级锁则是在自旋超时或多个线程竞争时,将其他线程阻塞以防止CPU空转,但性能较低。锁的升级路径为:偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁,且不可降级。偏向锁默认开启,可通过JVM参数调整或关闭。

(1)偏向锁:

简单描述:偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问,那么该线程会自动获取锁,降低获取锁的代价。
偏向锁是在运行过程中,对象的锁偏向某个线程。即在开启偏向锁机制的情况下,某个线程获得锁,当该线程下次再想要获得锁时,不需要重新申请获得锁(即忽略synchronized关键词),直接就可以执行同步代码,比较适合竞争较少的情况。

偏向锁的目标是,减少无竞争且只有一个线程使用锁的情况下,使用轻量级锁而产生的性能消耗。轻量级锁每次申请、释放锁都至少需要一次CAS,但偏向锁只有初始化时需要一次CAS。

为什么要引入偏向锁?
因为经过HotSpot的作者大量的研究发现,大多数时候是不存在锁竞争的,常常是一个线程多次获得同一个锁,因此如果每次都要竞争锁会增大很多没有必要付出的代价,为了降低获取锁的代价,才引入的偏向锁。

偏向锁的升级:
当线程1访问代码块并获取锁对象时,会在java对象头和栈帧中记录偏向的锁的threadID,因为偏向锁不会主动释放锁,因此以后线程1再次获取锁的时候,需要比较当前线程的threadID和Java对象头中的threadID是否一致,如果一致(还是线程1获取锁对象),则无需使用CAS来加锁、解锁;如果不一致(其他线程,如线程2要竞争锁对象,而偏向锁不会主动释放因此还是存储的线程1的threadID),那么需要查看Java对象头中记录的线程1是否存活,如果没有存活,那么锁对象被重置为无锁状态,其它线程(线程2)可以竞争将其设置为偏向锁;如果存活,那么立刻查找该线程(线程1)的栈帧信息,如果还是需要继续持有这个锁对象,那么暂停当前线程1,撤销偏向锁,升级为轻量级锁,如果线程1 不再使用该锁对象,那么将锁对象状态设为无锁状态,重新偏向新的线程。

偏向锁的取消:

偏向锁是默认开启的,而且开始时间一般是比应用程序启动慢几秒,如果不想有这个延迟,那么可以使用-XX:BiasedLockingStartUpDelay=0;

如果不想要偏向锁,那么可以通过-XX:-UseBiasedLocking = false来设置;

(2)轻量级锁

轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候,被另一个线程所访问,偏向锁就会升级为轻量级锁,其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁,不会阻塞,提高性能

为什么要引入轻量级锁?

轻量级锁考虑的是竞争锁对象的线程不多,而且线程持有锁的时间也不长的情景。因为阻塞线程需要CPU从用户态转到内核态,代价较大,如果刚刚阻塞不久这个锁就被释放了,那这个代价就有点得不偿失了,因此这个时候就干脆不阻塞这个线程,让它自旋这等待锁释放。

(3)重量级锁

重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候,另一个线程虽然是自旋,但自旋不会一直持续下去,当自旋一定次数的时候,还没有获取到锁,就会进入阻塞,该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞,性能降低。

轻量级锁什么时候升级为重量级锁?

线程1获取轻量级锁时会先把锁对象的对象头MarkWord复制一份到线程1的栈帧中创建的用于存储锁记录的空间(称为DisplacedMarkWord),然后使用CAS把对象头中的内容替换为线程1存储的锁记录(DisplacedMarkWord)的地址;

如果在线程1复制对象头的同时(在线程1CAS之前),线程2也准备获取锁,复制了对象头到线程2的锁记录空间中,但是在线程2CAS的时候,发现线程1已经把对象头换了,线程2的CAS失败,那么线程2就尝试使用自旋锁来等待线程1释放锁。

但是如果自旋的时间太长也不行,因为自旋是要消耗CPU的,因此自旋的次数是有限制的,比如10次或者100次,如果自旋次数到了线程1还没有释放锁,或者线程1还在执行,线程2还在自旋等待,这时又有一个线程3过来竞争这个锁对象,那么这个时候轻量级锁就会膨胀为重量级锁。重量级锁把除了拥有锁的线程都阻塞,防止CPU空转。

*注意:为了避免无用的自旋,轻量级锁一旦膨胀为重量级锁就不会再降级为轻量级锁了;偏向锁升级为轻量级锁也不能再降级为偏向锁。一句话就是锁可以升级不可以降级,但是偏向锁状态可以被重置为无锁状态。

相关文章
|
存储 架构师 安全
深入理解Java锁升级:无锁 → 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁(图解+史上最全)
锁状态bits1bit是否是偏向锁2bit锁标志位无锁状态对象的hashCode001偏向锁线程ID101轻量级锁指向栈中锁记录的指针000重量级锁指向互斥量的指针010尼恩提示,讲完 如减少锁粒度、锁粗化、关闭偏向锁(-XX:-UseBiasedLocking)等优化手段 , 可以得到 120分了。如减少锁粒度、锁粗化、关闭偏向锁(-XX:-UseBiasedLocking)等‌。JVM锁的膨胀、锁的内存结构变化相关的面试题,是非常常见的面试题。也是核心面试题。
深入理解Java锁升级:无锁 → 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁(图解+史上最全)
|
6月前
|
前端开发 Java 微服务
《深入理解Spring》:Spring、Spring MVC与Spring Boot的深度解析
Spring Framework是Java生态的基石,提供IoC、AOP等核心功能;Spring MVC基于其构建,实现Web层MVC架构;Spring Boot则通过自动配置和内嵌服务器,极大简化了开发与部署。三者层层演进,Spring Boot并非替代,而是对前者的高效封装与增强,适用于微服务与快速开发,而深入理解Spring Framework有助于更好驾驭整体技术栈。
|
5月前
|
机器学习/深度学习 关系型数据库 MySQL
什么是脏读、幻读、不可重复读?Mysql的隔离级别是什么?
脏读、不可重复读和幻读是数据库事务并发操作中的三种异常现象。脏读指读取到未提交的临时数据;不可重复读指同一事务内两次读取结果不一致,因数据被其他事务修改;幻读则是范围查询中出现新增记录,导致行数变化。SQL-92标准定义了四种隔离级别:未提交读(RU)、提交读(RC)、可重复读(RR)和串行化(Serializable),依次增强对这些异常的防控能力,平衡数据一致性与系统并发性能。
1033 0
|
存储 Java
几种锁:偏向锁、轻量级锁、重量级锁、自旋锁
**锁机制简介:** Java中,锁分为偏向锁、轻量级锁和重量级锁。偏向锁适用于单一线程多次获取同一锁的情况,减少无竞争下的性能消耗;轻量级锁在多线程竞争时通过自旋避免阻塞,提升效率;重量级锁则是在自旋超时或多个线程竞争时,将其他线程阻塞以防止CPU空转,但性能较低。锁的升级路径为:偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁,且不可降级。偏向锁默认开启,可通过JVM参数调整或关闭。
522 13
几种锁:偏向锁、轻量级锁、重量级锁、自旋锁
|
存储 算法 Java
G1原理—5.G1垃圾回收过程之Mixed GC
本文介绍了G1的Mixed GC垃圾回收过程,包括并发标记算法详解、三色标记法如何解决错标漏标问题、SATB如何解决错标漏标问题、Mixed GC的过程、选择CollectSet的算法
G1原理—5.G1垃圾回收过程之Mixed GC
|
关系型数据库 MySQL 数据库
图解MySQL【日志】——两阶段提交
两阶段提交是为了解决Redo Log和Binlog日志在事务提交时可能出现的半成功状态,确保两者的一致性。它分为准备阶段和提交阶段,通过协调者和参与者协作完成。准备阶段中,协调者向所有参与者发送准备请求,参与者执行事务并回复是否同意提交;提交阶段中,若所有参与者同意,则协调者发送提交请求,否则发送回滚请求。MySQL通过这种方式保证了分布式事务的一致性,并引入组提交机制减少磁盘I/O次数,提升性能。
1242 5
图解MySQL【日志】——两阶段提交
|
算法 Java 数据库
理解CAS算法原理
CAS(Compare and Swap,比较并交换)是一种无锁算法,用于实现多线程环境下的原子操作。它通过比较内存中的值与预期值是否相同来决定是否进行更新。JDK 5引入了基于CAS的乐观锁机制,替代了传统的synchronized独占锁,提升了并发性能。然而,CAS存在ABA问题、循环时间长开销大和只能保证单个共享变量原子性等缺点。为解决这些问题,可以使用版本号机制、合并多个变量或引入pause指令优化CPU执行效率。CAS广泛应用于JDK的原子类中,如AtomicInteger.incrementAndGet(),利用底层Unsafe库实现高效的无锁自增操作。
650 0
理解CAS算法原理
|
存储 缓存 Java
什么是线程池?从底层源码入手,深度解析线程池的工作原理
本文从底层源码入手,深度解析ThreadPoolExecutor底层源码,包括其核心字段、内部类和重要方法,另外对Executors工具类下的四种自带线程池源码进行解释。 阅读本文后,可以对线程池的工作原理、七大参数、生命周期、拒绝策略等内容拥有更深入的认识。
2091 32
什么是线程池?从底层源码入手,深度解析线程池的工作原理
|
存储 算法 Java
大厂面试高频:什么是自旋锁?Java 实现自旋锁的原理?
本文详解自旋锁的概念、优缺点、使用场景及Java实现。关注【mikechen的互联网架构】,10年+BAT架构经验倾囊相授。
大厂面试高频:什么是自旋锁?Java 实现自旋锁的原理?
|
缓存 安全 Java
Java volatile关键字:你真的懂了吗?
`volatile` 是 Java 中的轻量级同步机制,主要用于保证多线程环境下共享变量的可见性和防止指令重排。它确保一个线程对 `volatile` 变量的修改能立即被其他线程看到,但不能保证原子性。典型应用场景包括状态标记、双重检查锁定和安全发布对象等。`volatile` 适用于布尔型、字节型等简单类型及引用类型,不适用于 `long` 和 `double` 类型。与 `synchronized` 不同,`volatile` 不提供互斥性,因此在需要互斥的场景下不能替代 `synchronized`。
3605 3

热门文章

最新文章