synchronized 在 JDK 1.5 時(shí)性能是比較低的，然而在后續(xù)的版本中經(jīng)過(guò)各種優(yōu)化迭代，它的性能也得到了前所未有的提升，之前說(shuō)到過(guò)鎖膨脹對(duì) synchronized 性能的提升，然而它也只是“眾多” synchronized 性能優(yōu)化方案中的一種，那么我們本文就來(lái)盤點(diǎn)一下 synchronized 的核心優(yōu)化方案。
synchronized 核心優(yōu)化方案主要包含以下 4 個(gè)：
- 鎖膨脹
- 鎖消除
- 鎖粗化
- 自適應(yīng)自旋鎖
1.鎖膨脹
我們先來(lái)回顧一下鎖膨脹對(duì) synchronized 性能的影響，所謂的鎖膨脹是指 synchronized 從無(wú)鎖升級(jí)到偏向鎖，再到輕量級(jí)鎖，最后到重量級(jí)鎖的過(guò)程，它叫做鎖膨脹也叫做鎖升級(jí)。
JDK 1.6 之前，synchronized 是重量級(jí)鎖，也就是說(shuō) synchronized 在釋放和獲取鎖時(shí)都會(huì)從用戶態(tài)轉(zhuǎn)換成內(nèi)核態(tài)，而轉(zhuǎn)換的效率是比較低的。但有了鎖膨脹機(jī)制之后，synchronized 的狀態(tài)就多了無(wú)鎖、偏向鎖以及輕量級(jí)鎖了，這時(shí)候在進(jìn)行并發(fā)操作時(shí)，大部分的場(chǎng)景都不需要用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的轉(zhuǎn)換了，這樣就大幅的提升了 synchronized 的性能。
2.鎖消除
很多人都了解 synchronized 中鎖膨脹的機(jī)制，但對(duì)接下來(lái)的 3 項(xiàng)優(yōu)化卻知之甚少，這樣會(huì)在面試中錯(cuò)失良機(jī)，那么我們本文就把這 3 項(xiàng)優(yōu)化單獨(dú)拎出來(lái)講一下吧。
鎖消除指的是在某些情況下，JVM 虛擬機(jī)如果檢測(cè)不到某段代碼被共享和競(jìng)爭(zhēng)的可能性，就會(huì)將這段代碼所屬的同步鎖消除掉，從而到底提高程序性能的目的。
鎖消除的依據(jù)是逃逸分析的數(shù)據(jù)支持，如 StringBuffer 的 append() 方法，或 Vector 的 add() 方法，在很多情況下是可以進(jìn)行鎖消除的，比如以下這段代碼：
public String method() { StringBuffer sb = new StringBuffer(); for (int i = 0; i < 10; i++) { sb.append("i:" + i); } return sb.toString();}以上代碼經(jīng)過(guò)編譯之后的字節(jié)碼如下：
從上述結(jié)果可以看出，之前我們寫的線程安全的加鎖的 StringBuffer 對(duì)象，在生成字節(jié)碼之后就被替換成了不加鎖不安全的 StringBuilder 對(duì)象了，原因是 StringBuffer 的變量屬于一個(gè)局部變量，并且不會(huì)從該方法中逃逸出去，所以此時(shí)我們就可以使用鎖消除（不加鎖）來(lái)加速程序的運(yùn)行。
3.鎖粗化
鎖粗化是指，將多個(gè)連續(xù)的加鎖、解鎖操作連接在一起，擴(kuò)展成一個(gè)范圍更大的鎖。
我只聽說(shuō)鎖“細(xì)化”可以提高程序的執(zhí)行效率，也就是將鎖的范圍盡可能縮小，這樣在鎖競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，等待獲取鎖的線程才能更早的獲取鎖，從而提高程序的運(yùn)行效率，但鎖粗化是如何提高性能的呢？
沒錯(cuò)，鎖細(xì)化的觀點(diǎn)在大多數(shù)情況下都是成立了，但是一系列連續(xù)加鎖和解鎖的操作，也會(huì)導(dǎo)致不必要的性能開銷，從而影響程序的執(zhí)行效率，比如這段代碼：
public String method() { StringBuilder sb = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < 10; i++) { // 偽代碼：加鎖操作 sb.append("i:" + i); // 偽代碼：解鎖操作 } return sb.toString();}這里我們不考慮編譯器優(yōu)化的情況，如果在 for 循環(huán)中定義鎖，那么鎖的范圍很小，但每次 for 循環(huán)都需要進(jìn)行加鎖和釋放鎖的操作，性能是很低的；但如果我們直接在 for 循環(huán)的外層加一把鎖，那么對(duì)于同一個(gè)對(duì)象操作這段代碼的性能就會(huì)提高很多，如下偽代碼所示：
public String method() { StringBuilder sb = new StringBuilder(); // 偽代碼：加鎖操作 for (int i = 0; i < 10; i++) { sb.append("i:" + i); } // 偽代碼：解鎖操作 return sb.toString();}鎖粗化的作用：如果檢測(cè)到同一個(gè)對(duì)象執(zhí)行了連續(xù)的加鎖和解鎖的操作，則會(huì)將這一系列操作合并成一個(gè)更大的鎖，從而提升程序的執(zhí)行效率。
4.自適應(yīng)自旋鎖
自旋鎖是指通過(guò)自身循環(huán)，嘗試獲取鎖的一種方式，偽代碼實(shí)現(xiàn)如下：
// 嘗試獲取鎖while(!isLock()){ }自旋鎖優(yōu)點(diǎn)在于它避免一些線程的掛起和恢復(fù)操作，因?yàn)閽炱鹁€程和恢復(fù)線程都需要從用戶態(tài)轉(zhuǎn)入內(nèi)核態(tài)，這個(gè)過(guò)程是比較慢的，所以通過(guò)自旋的方式可以一定程度上避免線程掛起和恢復(fù)所造成的性能開銷。
但是，如果長(zhǎng)時(shí)間自旋還獲取不到鎖，那么也會(huì)造成一定的資源浪費(fèi)，所以我們通常會(huì)給自旋設(shè)置一個(gè)固定的值來(lái)避免一直自旋的性能開銷。然而對(duì)于 synchronized 關(guān)鍵字來(lái)說(shuō)，它的自旋鎖更加的“智能”，synchronized 中的自旋鎖是自適應(yīng)自旋鎖，這就好比之前一直開的手動(dòng)擋的三輪車，而經(jīng)過(guò)了 JDK 1.6 的優(yōu)化之后，我們的這部“車”，一下子變成自動(dòng)擋的蘭博基尼了。
自適應(yīng)自旋鎖是指，線程自旋的次數(shù)不再是固定的值，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)改變的值，這個(gè)值會(huì)根據(jù)前一次自旋獲取鎖的狀態(tài)來(lái)決定此次自旋的次數(shù)。比如上一次通過(guò)自旋成功獲取到了鎖，那么這次通過(guò)自旋也有可能會(huì)獲取到鎖，所以這次自旋的次數(shù)就會(huì)增多一些，而如果上一次通過(guò)自旋沒有成功獲取到鎖，那么這次自旋可能也獲取不到鎖，所以為了避免資源的浪費(fèi)，就會(huì)少循環(huán)或者不循環(huán)，以提高程序的執(zhí)行效率。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果線程自旋成功了，則下次自旋的次數(shù)會(huì)增多，如果失敗，下次自旋的次數(shù)會(huì)減少。
總結(jié)
本文我們介紹了 4 種優(yōu)化 synchronized 的方案，其中鎖膨脹和自適應(yīng)自旋鎖是 synchronized 關(guān)鍵字自身的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)，而鎖消除和鎖粗化是 JVM 虛擬機(jī)對(duì) synchronized 提供的優(yōu)化方案，這些優(yōu)化方案最終使得 synchronized 的性能得到了大幅的提升，也讓它在并發(fā)編程中占據(jù)了一席之地。
作者：Java中文社群
原文鏈接：juejin/post/6994443415911923719
