自旋锁和重量级锁

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上善若水. 发表于 2022/11/30 12:01:58 2022/11/30
【摘要】 自旋锁自旋锁不是一种锁状态,而是一种策略。线程的阻塞和唤醒需要CPU从用户态转为核心态,频繁的阻塞和唤醒对CPU来说是一件负担很重的工作。引入自旋锁,当一个线程尝试获取某个锁时,如果该锁已被其他线程占用,就一直循环检测锁是否被释放,而不是进入线程挂起或睡眠状态。自旋等待不能替代阻塞,虽然它可以避免线程切换带来的开销,但是它占用了CPU处理器的时间。自旋锁适用于锁保护的临界区很小的情况,临界区...

自旋锁
自旋锁不是一种锁状态,而是一种策略。线程的阻塞和唤醒需要CPU从用户态转为核心态,频繁的阻塞和唤醒对CPU来说是一件负担很重的工作。

引入自旋锁,当一个线程尝试获取某个锁时,如果该锁已被其他线程占用,就一直循环检测锁是否被释放,而不是进入线程挂起或睡眠状态。自旋等待不能替代阻塞,虽然它可以避免线程切换带来的开销,但是它占用了CPU处理器的时间。

自旋锁适用于锁保护的临界区很小的情况,临界区很小的话,锁占用的时间就很短。如果持有锁的线程很快就释放了锁,那么自旋的效率就非常好。

自旋的次数必须要有一个限度,如果自旋超过了定义的限度仍然没有获取到锁,就应该被挂起。但是这个限度不能固定,程序锁的状况是不可预估的,所以JDK1.6引入自适应的自旋锁,线程如果自旋成功了,那么下次自旋的次数会更加多,因为虚拟机认为既然上次成功了,那么此次自旋也很有可能会再次成功,那么它就会允许自旋等待持续的次数更多。如果对于某个锁,很少有自旋能够成功,那么在以后要或者这个锁的时候自旋的次数会减少,甚至省略掉自旋过程,以免浪费处理器资源。

通过–XX:+UseSpinning参数来开启自旋(JDK1.6之前默认关闭自旋)。
通过–XX:PreBlockSpin修改自旋次数,默认值是10次。

重量级锁
当一个线程在等锁时会不停的自旋(底层就是一个while循环),当自旋的线程达到CPU核数的1/2时,就会升级为重量级锁。

将锁标志为置为10,将MarkWord中指针指向重量级的monitor,阻塞所有没有获取到锁的线程。

Synchronized是通过对象内部的监视器锁(Monitor)来实现的,监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的MutexLock来实现的,操作系统实现线程之间的切换这就需要从用户态转换到核心态,状态之间的转换需要比较长的时间,这就是为什么Synchronized效率低的原因,这种依赖于操作系统MutexLock所实现的锁我们称之为“重量级锁”。

重量级锁的加锁-等待-撤销流程:
曾经获得过锁的线程,被唤醒后,优先得到锁。

举个例子,假设有A,B,C三个线程依次进入synchronized区,并且A已经膨胀成重量级锁。如果有一个线程 a 先进入 synchronized , 但是调用了 wait释放锁,这是线程 b 进入了 synchronized,b还在synchronized中执行,c线程又进来了。此时 a 在 wait_set ,b 不在任何队列,c 在 cxq_list ,假如 b 调用 notify唤醒线程,会把 a 插到 c 前面,也就是 b 退出synchronized的时候,会唤醒 a,a退出之后再唤醒 c。

重量级锁撤销之后是无锁状态,撤销锁之后会清除创建的monitor对象并修改markword,这个过程需要一段时间。Monitor对象是通过GC来清除的。GC清除掉monitor对象之后,就会撤销为无锁状态。

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