讀寫鎖、互斥鎖、鎖偏向、輕量級鎖、自旋鎖、鎖消除

讀寫鎖，也就是讀寫分離鎖。

讀寫分離鎖可以有效地減少鎖競争，提升系統性能。用鎖分離的機制來提升性能非常容易了解，比如，A1、A2、A3線程進行寫操作，B1、B2、B3線程進行讀操作，如果使用重入鎖或者内部鎖，從理論上說所有讀與讀之間、讀與寫之間、寫與寫之間都是串行操作的。當B1線程進行讀取時，B2、B3線程則需要等待鎖。由于讀操作并不對資料的完整性造成破壞，這種等待顯然是不合理的。是以，讀寫鎖就有了發揮作用的地方。

在這種情況下，讀寫鎖允許多個線程同時讀，使得B1、B2、B3線程之間實作真正的并行。但是，考慮到資料完整性，寫與寫之間和讀與寫之間的操作依然是需要互相等待和持有鎖的。總的來說，讀寫鎖的通路限制情況如下（見表3.1）。

l 讀與讀不互斥：讀與讀之間非阻塞。

l 讀與寫互斥：讀阻塞寫，寫也會阻塞讀。

l 寫與寫互斥：寫與寫之間阻塞。

作為一款共用平台，JDK本身也為并發程式的性能絞盡腦汁。在JDK内部也想盡一切辦法提高并發時的系統吞吐量。這裡将向大家簡單介紹幾種JDK内部的“鎖”優化政策。

鎖偏向

鎖偏向是一種針對加鎖操作的優化手段。它的核心思想是：如果一個線程獲得了鎖，那麼鎖就進入偏向模式。當這個線程再次請求鎖時，無須再做任何同步操作。這樣就節省了大量有關鎖請求的操作，進而提高了程式性能。是以，對于幾乎沒有鎖競争的場合，鎖偏向有比較好的優化效果，因為極有可能是同一個線程連續多次請求相同的鎖。而對于鎖競争比較激烈的場合，其效果不佳。因為在競争激烈的場合，最有可能的情況是，每次都是不同的線程來請求相同的鎖。這樣偏向模式會失效，是以還不如不啟用鎖偏向。使用Java虛拟機參數-XX:+UseBiasedLocking可以開啟鎖偏向。

輕量級鎖

如果鎖偏向失敗，那麼虛拟機并不會立即挂起線程，它還會使用一種被稱為輕量級鎖的優化手段。輕量級鎖的操作也很友善，它隻是簡單地将對象頭部作為指針指向持有鎖的線程堆棧的内部，來判斷一個線程是否持有對象鎖。如果線程獲得輕量級鎖成功，則可以順利進入臨界區。如果輕量級鎖加鎖失敗，則表示其他線程搶先争奪到了鎖，那麼目前線程的鎖就會膨脹為重量級鎖。

自旋鎖

鎖膨脹後，為了避免線程真實地在作業系統層面挂起，虛拟機還會做最後的努力—自旋鎖。目前線程暫時無法獲得鎖，而且什麼時候可以獲得鎖是一個未知數，也許在幾個CPU時鐘周期後就可以獲得鎖。如果這樣，簡單粗暴地挂起線程可能是一種得不償失的操作。系統會假設在不久的将來，線程可以得到這把鎖。是以，虛拟機會讓目前線程做幾個空循環（這也是自旋的含義），在經過若幹次循環後，如果可以得到鎖，那麼就順利進入臨界區；如果還不能獲得鎖，才會真的将線程在作業系統層面挂起。

鎖消除

鎖消除是一種更徹底的鎖優化方式。Java虛拟機在JIT編譯時，通過對運作上下文的掃描，去除不可能存在共享資源競争的鎖。通過鎖消除，可以節省毫無意義的請求鎖時間。

說到這裡，細心的讀者可能會産生疑問，如果不存在競争，為什麼程式員還要加上鎖呢？這是因為在Java軟體開發過程中，我們必然會使用一些JDK的内置API，比如StringBuffer、Vector等。你在使用這些API的時候，也許根本不會考慮它們到底是如何實作的。比如，你很有可能在一個不可能存在并發競争的場合使用Vector。而衆所周知，Vector内部使用了synchronized請求鎖，例如下面的代碼：

• public String[] createStrings(){
• Vector<String> v=new Vector<String>();
• for(int i=0;i<100;i++){
• v.add(Integer.toString(i));
• }
• return v.toArray(new String[]{});
• }

注意上述代碼中的Vector，由于變量v隻在createStrings()方法中使用，是以它隻是一個單純的局部變量。局部變量是線上程棧中配置設定的，屬于線程私有的資料，是以不可能被其他線程通路。在這種情況下，Vector内部所有的加鎖同步都是沒有必要的。如果虛拟機檢測到這種情況，就會将這些無用的鎖操作去除。

鎖消除涉及的一項關鍵技術為逃逸分析。所謂逃逸分析就是觀察某一個變量是否會逃出某一個作用域。在本例中，變量v顯然沒有逃出createStrings()方法。以此為基礎，虛拟機才可以大膽地将變量v内部的加鎖操作去除。如果createStrings()方法傳回的不是String數組，而是變量v本身，那麼就認為變量v逃逸出了目前方法，也就是說變量v有可能被其他線程通路。如果是這樣，虛拟機就不能消除變量v中的鎖操作。

逃逸分析必須在-server模式下進行，可以使用-XX:+DoEscapeAnalysis參數打開逃逸分析功能。使用-XX:+EliminateLocks參數可以打開鎖消除功能。

内容摘自《實戰Java高并發程式設計（第3版）》，本書适合：所有java從業人員，所有資料庫工程師閱讀。 邏輯順暢。全書脈絡清晰，從Java高并發程式的設計基礎開始由底層原理落實到具體案例，環環相扣，完整流暢。結構嚴謹。總體上循序漸進，逐漸提升。每一章都各自有鮮明的側重點，有利于讀者快速抓住重點。 實用性強。本書注重實戰，采用了理論結合實踐的編寫方法，給重要的知識點都安排了代碼執行個體，幫助讀者在工作中實戰應用。