Java线程并发中常见的锁机制详细介绍

随着互联网的蓬勃发展，越来越多的互联网企业面临着用户量膨胀而带来的并发安全问题。本文着重介绍了在java并发中常见的几种锁机制。

1.偏向锁

偏向锁是JDK1.6提出来的一种锁优化的机制。其核心的思想是，如果程序没有竞争，则取消之前已经取得锁的线程同步操作。也就是说，若某一锁被线程获取后，便进入偏向模式，当线程再次请求这个锁时，就无需再进行相关的同步操作了，从而节约了操作时间，如果在此之间有其他的线程进行了锁请求，则锁退出偏向模式。在JVM中使用-XX:+UseBiasedLocking

package jvmProject;
import java.util.List;
import java.util.Vector;
public class Biased {
  public static List<Integer> numberList = new Vector<Integer>();
  public static void main(String[] args) {
    long begin = System.currentTimeMillis();
    int count = 0;
    int startnum = 0;
    while(count<10000000){
      numberList.add(startnum);
      startnum+=2;
      count++;    
    }
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(end-begin);
  }
}

初始化一个Vector，往里面添加10000000个Integer对象，然后输出时间差。以此来测试偏向锁的性能。至于为什么要使用Vector而不使用ArrayList呢？

因为ArrayList是线程不安全的，Vector是线程安全的。这样说可能还不够具体，可以翻看一下源码吧。

Vector中的几乎所有操作是带有sychronized的，而ArrayList是没有的，所以Vector是线程安全的。

接下来我们来测试一下，开启偏向锁和不开启偏向锁对程序性能的影响有多大。

配置JVM启动（开启偏向锁）参数为：

配置JVM启动（关闭偏向锁）参数为：

Perfect！开启偏向锁的程序运行时间明显较短，开启偏向锁比不开启偏向锁，在单个线程中操作一个对象的同步方法，是有一定的优势的。其实也可以这样理解，当只有一个线程操作带有同步方法的Vector对象的时候，此时对Vector的操作就转变成了对ArrayList的操作。

偏向锁在锁竞争激烈的场合没有太强的优化效果，因为大量的竞争会导致持有锁的线程不停地切换，锁也很难保持在偏向模式，此时，使用偏向锁不仅得不到性能的优化，反而有可能降低系统的性能，因此，在激烈竞争的场合，可以尝试使用

-XX:-UseBiastedLocking参数禁用偏向锁。

2.轻量级锁

如果偏向锁失败，Java虚拟机就会让线程申请轻量级锁，轻量级锁在虚拟机内部，使用一个成为BasicObjectLock的对象实现的，这个对象内部由一个BasicLock对象和一个持有该锁的Java对象指针组成。BasicObjectLock对象放置在Java栈帧中。在BasicLock对象内部还维护着displaced_header字段，用于备份对象头部的Mark Word.

当一个线程持有一个对象的锁的时候，对象头部Mark Word信息如下

[ptr |00] locked

末尾的两位比特为00，整个Mark Word为指向BasicLock对象的指针。由于BasicObjectLock对象在线程栈中，因此该指针必然指向持有该锁的线程栈空间。当需要判断一个线程是否持有该对象时，只需要简单地判断对象头的指针是否在当前线程的栈地址范围即可。同时，BasicLock对象的displaced_header，备份了原对象的Mark word内容，BasicObjectLock对象的obj字段则指向持有锁的对象头部。

3.重量级锁

当轻量级锁失败，虚拟机就会使用重量级锁。在使用重量级锁的时，对象的Mark Word如下：

[ptr |10] monitor

重量级锁在操作过程中，线程可能会被操作系统层面挂起，如果是这样，线程间的切换和调用成本就会大大提高。

4.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。

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