diff --git "a/notes/Java \345\271\266\345\217\221.md" "b/notes/Java \345\271\266\345\217\221.md" index f87a0dbaba8c0af56074a004afcaff7b6cdefeeb..d02285eff82fcc64721d8c45912d51c75d981642 100644 --- "a/notes/Java \345\271\266\345\217\221.md" +++ "b/notes/Java \345\271\266\345\217\221.md" @@ -700,9 +700,9 @@ Java 语言中,如果一个变量要被多线程访问,可以使用 volatile 前面我们讨论互斥同步的时候,提到了互斥同步对性能最大的影响是阻塞的实现,挂起线程和恢复线程的操作都需要转入内核态完成,这些操作给系统的并发性能带来了很大的压力。同时,虚拟机的开发团队也注意到在许多应用上,共享数据的锁定状态只会持续很短的一段时间,为了这段时间去挂起和恢复线程并不值得。如果物理机器有一个以上的处理器,能让两个或以上的线程同时并行执行,我们就可以让后面请求锁的那个线程 “稍等一下”,但不放弃处理器的执行时间,看看持有锁的线程是否很快就会释放锁。为了让线程等待,我们只需让线程执行一个忙循环(自旋),这项技术就是所谓的自旋锁。 -自旋锁在 JDK 1.4.2 中就已经引入,只不过默认是关闭的,可以使用 -XX:+UseSpinning 参数来开启,在 JDK 1.6 就已经改为默认开启了。自旋等待不能代替阻塞,且先不说对处理器数量的要求,自旋等待本身虽然避免了线程切换的开销,但它是要占用处理器时间的,因此,如果锁被占用的时间很短,自旋等待的效果就会非常好。反之,如果锁被占用的时候很长,那么自旋的线程只会白白消耗处理器资源,而不会做任何有用的工作,反而会带来性能上的浪费。因此,自旋等待的时间必须要有一定的限度,如果自旋超过了限定的次数仍然没有成功获得锁,就应当使用传统的方式去挂起线程了。自旋次数的默认值是 10 次,用户可以使用参数 -XX:PreBlockSpin 来更改。 +自旋等待本身虽然避免了线程切换的开销,但它是要占用处理器时间的,因此,如果锁被占用的时间很短,自旋等待的效果就会非常好。反之,如果锁被占用的时候很长,那么自旋的线程只会白白消耗处理器资源,而不会做任何有用的工作,反而会带来性能上的浪费。因此,自旋等待的时间必须要有一定的限度,如果自旋超过了限定的次数仍然没有成功获得锁,就应当使用传统的方式去挂起线程了。自旋次数的默认值是 10 次,用户可以使用参数 -XX:PreBlockSpin 来更改。 -在 JDK 1.6 中引入了自适应的自旋锁。自适应意味着自旋的时间不再固定了,而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。如果在同一个锁对象上,自旋等待刚刚成功获得过锁,并且持有锁的线程正在运行中,那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功,进而它将允许自旋等待持续相对更长的时间,比如 100 个循环。另外,如果对于某个锁,自旋很少成功获得过,那在以后要获取这个锁时将可能省略掉自旋过程,以避免浪费处理器资源。有了自适应自旋,随着程序运行和性能监控信息的不断完善,虚拟机对程序锁的状况预测就会越来越准确,虚拟机就会变得越来越 “聪明” 了。 +在 JDK 1.6 中引入了自适应的自旋锁。自适应意味着自旋的时间不再固定了,而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。如果在同一个锁对象上,自旋等待刚刚成功获得过锁,并且持有锁的线程正在运行中,那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功,进而它将允许自旋等待持续相对更长的时间,比如 100 个循环。另外,如果对于某个锁,自旋很少成功获得过,那在以后要获取这个锁时将可能省略掉自旋过程,以避免浪费处理器资源。有了自适应自旋,随着程序运行和性能监控信息的不断完善,虚拟机对程序锁的状况预测就会越来越准确,虚拟机就会变得越来越“聪明”了。 ### 2. 锁消除 @@ -710,8 +710,6 @@ Java 语言中,如果一个变量要被多线程访问,可以使用 volatile 也许读者会有疑问,变量是否逃逸,对于虚拟机来说需要使用数据流分析来确定,但是程序自己应该是很清楚的,怎么会在明知道不存在数据争用的情况下要求同步呢?答案是有许多同步措施并不是程序员自己加入的。同步的代码在 Java 程序中的普遍程度也许超过了大部分读者的想象。下面段非常简单的代码仅仅是输出 3 个字符串相加的结果,无论是源码字面上还是程序语义上都没有同步。 -代码清单 6:一段看起来没有同步的代码 - ```java public static String concatString(String s1, String s2, String s3) { return s1 + s2 + s3; @@ -720,8 +718,6 @@ public static String concatString(String s1, String s2, String s3) { 我们也知道,由于 String 是一个不可变的类,对字符串的连接操作总是通过生成新的 String 对象来进行的,因此 Javac 编译器会对 String 连接做自动优化。在 JDK 1.5 之前,会转化为 StringBuffer 对象的连续 append() 操作,在 JDK 1.5 及以后的版本中,会转化为 StringBuilder 对象的连续 append() 操作,即上面的代码可能会变成下面的样子: -代码清单 7:Javac 转化后的字符串连接操作 - ```java public static String concatString(String s1, String s2, String s3) { StringBuffer sb = new StringBuffer(); @@ -731,7 +727,7 @@ public static String concatString(String s1, String s2, String s3) { return sb.toString(); } ``` -每个 StringBuffer.append() 方法中都有一个同步块,锁就是 sb 对象。虚拟机观察变量 sb,很快就会发现它的动态作用域被限制在 concatString() 方法内部。也就是说,sb 的所有引用永远不会 “逃逸” 到 concatString() 方法之外,其他线程无法访问到它,因此,虽然这里有锁,但是可以被安全地消除掉,在即时编译之后,这段代码就会忽略掉所有的同步而直接执行了。 +每个 StringBuffer.append() 方法中都有一个同步块,锁就是 sb 对象。虚拟机观察变量 sb,很快就会发现它的动态作用域被限制在 concatString() 方法内部。也就是说,sb 的所有引用永远不会 “逃逸” 到 concatString() 方法之外,其他线程无法访问到它。因此,虽然这里有锁,但是可以被安全地消除掉,在即时编译之后,这段代码就会忽略掉所有的同步而直接执行了。 ### 3. 锁粗化 @@ -739,25 +735,17 @@ public static String concatString(String s1, String s2, String s3) { 大部分情况下,上面的原则都是正确的,但是如果一系列的连续操作都对同一个对象反复加锁和解锁,甚至加锁操作是出现在循环体中,那即使没有线程竞争,频繁地进行互斥同步操作也会导致不必要的性能损耗。 -代码清单 7 中连续的 append() 方法就属于这类情况。如果虚拟机探测到由这样的一串零碎的操作都对同一个对象加锁,将会把加锁同步的范围扩展(粗化)到整个操作序列的外部,以代码清单 7 为例,就是扩展到第一个 append() 操作之前直至最后一个 append() 操作之后,这样只需要加锁一次就可以了。 +上一节的示例代码中连续的 append() 方法就属于这类情况。如果虚拟机探测到由这样的一串零碎的操作都对同一个对象加锁,将会把加锁同步的范围扩展(粗化)到整个操作序列的外部。对于上一节的示例代码就是扩展到第一个 append() 操作之前直至最后一个 append() 操作之后,这样只需要加锁一次就可以了。 ### 4. 轻量级锁 -轻量级锁是 JDK 1.6 之中加入的新型锁机制,它名字中的 “轻量级” 是相对于使用操作系统互斥量来实现的传统锁而言的,因此传统的锁机制就称为 “重量级” 锁。首先需要强调一点的是,轻量级锁并不是用来代替重要级锁的,它的本意是在没有多线程竞争的前提下,减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗。 +轻量级锁是 JDK 1.6 之中加入的新型锁机制,它名字中的“轻量级”是相对于使用操作系统互斥量来实现的传统锁而言的,因此传统的锁机制就称为“重量级”锁。首先需要强调一点的是,轻量级锁并不是用来代替重要级锁的,它的本意是在没有多线程竞争的前提下,减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗。 要理解轻量级锁,以及后面会讲到的偏向锁的原理和运作过程,必须从 HotSpot 虚拟机的对象(对象头部分)的内存布局开始介绍。HotSpot 虚拟机的对象头(Object Header)分为两部分信息,第一部分用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码(HashCode)、GC 分代年龄(Generational GC Age)等,这部分数据是长度在 32 位和 64 位的虚拟机中分别为 32 bit 和 64 bit,官方称它为“Mark Word”,它是实现轻量级锁和偏向锁的关键。另外一部分用于存储指向方法区对象类型数据的指针,如果是数组对象的话,还会有一个额外的部分用于存储数组长度。 -对象头信息是与对象自身定义的数据无关的额外存储成本,考虑到虚拟机的空间效率,Mark Work 被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间内存储尽量多的信息,它会根据对象的状态复用自己的存储空间。例如,在 32 位的 HotSpot 虚拟机中对象未被锁定的状态下,Mark Word 的 32bit 空间中的 25bit 用于存储对象哈希码(HashCode),4bit 用于存储对象分代年龄,2bit 用于存储锁标志位,1bit 固定为 0,在其他状态(轻量级锁定、重量级锁定、GC 标记、可偏向)下对象的存储内容见表 13-1。 - -