深入解析JDK 1.8的并发锁优化:提升多线程性能

落花无声 2019-11-23 ⋅ 26 阅读

在Java的发展历史中,并发编程一直是一个重要的话题。随着计算机系统的发展,多核处理器和多线程应用程序变得越来越常见。为了更好地利用多线程,在JDK 1.8中,Java引入了一些并发锁的优化,以提升多线程应用程序的性能和可伸缩性。

CAS(Compare-and-Swap)机制

JDK 1.8中的并发锁优化主要基于CAS(Compare-and-Swap)机制。CAS是一种原子操作,用于对比某个内存位置的值和期望值,并在相等的情况下将该位置的值更新为新值。这个操作是原子的,即在同一时刻,只有一个线程可以成功执行CAS操作。

CAS机制的优点是无锁和无等待,能够避免传统锁机制的竞争和阻塞问题,从而提高多线程程序的性能和可伸缩性。

Sync与Lock的优化

在JDK 1.6之前,Java中的锁主要依赖于synchronized关键字和内置锁,而JDK 1.5引入的Lock接口则提供了更灵活的锁机制。

在JDK 1.8中,通过优化Sync与Lock的实现,进一步提升了锁的性能。

1. 自旋锁

自旋锁是一种尝试获取锁的线程不会立即被阻塞,而是采用循环的方式去不断尝试获取锁。这种方式可以减少线程的阻塞和唤醒带来的开销,适用于锁保持时间较短的场景。

在JDK 1.8中,对Sync和Lock的实现进行了优化,采用了自旋锁的方式来减少线程的竞争和上下文切换,从而提高锁的性能。

2. 偏向锁

偏向锁是一种针对不存在竞争的场景进行优化的锁实现。在Java中,锁的竞争是比较常见的情况,但也存在许多情况下锁只会被单个线程获取,这时候就可以使用偏向锁来提升性能。

偏向锁的思想是,当一个线程获取锁时,会在对象头中的标记字段中记录获得锁的线程ID。此后,当同一个线程再次请求锁时,只需要检查对象头中的标记字段,而不需要再进行任何的同步操作。

JDK 1.8中对Sync和Lock的实现进行了优化,引入了偏向锁的概念,减少了无竞争的场景中锁的开销。

3. 轻量级锁

轻量级锁是一种针对竞争不激烈的场景进行优化的锁实现。在多线程环境中,锁的竞争是不可避免的,但并不是所有的竞争都会导致线程的阻塞。

JDK 1.8中对Sync和Lock的实现进行了优化,引入了轻量级锁的概念。当一段同步代码只有一个线程在访问时,直接将对象头中的标记字段指向线程ID,而不需要额外的同步操作。只有当多个线程竞争同一个锁时,才会进行真正的同步操作。

4. 重量级锁

重量级锁是一种针对竞争激烈的场景进行优化的锁实现。在多线程环境中,当多个线程竞争同一个锁时,为了保证数据的一致性,需要将除了持有锁的线程以外的其他线程都阻塞。

JDK 1.8中对Sync和Lock的实现进行了优化,通过锁升级的策略,将轻量级锁转换为重量级锁,来应对竞争激烈的场景。

总结

JDK 1.8中的并发锁优化主要基于CAS机制,通过自旋锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁等技术手段,提升了多线程应用程序的性能和可伸缩性。

在实际的多线程编程中,可以根据不同的需求和场景选择适合的锁机制,以提升并发程序的性能。同时,了解并发锁的底层实现原理也有助于理解多线程编程的相关知识。

(本文所述仅基于JDK 1.8的并发锁优化,未涉及到其他版本的更新内容。)


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