Java中輕量級(jí)鎖是什么 分析自旋鎖的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

Java中的輕量級(jí)鎖本質(zhì)上是一種優(yōu)化策略，用于減少無(wú)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)重量級(jí)鎖的開銷，但并非替代品，而是在特定場(chǎng)景下嘗試獲取鎖，若失敗則升級(jí)為重量級(jí)鎖。1. 輕量級(jí)鎖通過(guò)對(duì)象頭的mark word存儲(chǔ)線程信息，嘗試用cas操作獲取鎖；2. 若cas失敗說(shuō)明存在競(jìng)爭(zhēng)，則進(jìn)入自旋鎖機(jī)制，避免立即阻塞線程；3. 自旋鎖讓線程忙等待一段時(shí)間，期望快速獲得鎖，減少阻塞和喚醒的開銷；4. 若自旋期間仍無(wú)法獲取鎖，則膨脹為重量級(jí)鎖；5. 輕量級(jí)鎖并不一定比重量級(jí)鎖快，其適用于競(jìng)爭(zhēng)不激烈且鎖持有時(shí)間短的場(chǎng)景；6. 自旋次數(shù)由jdk自適應(yīng)調(diào)整，以平衡cpu資源消耗與等待效率；7. 自旋鎖實(shí)現(xiàn)方式包括簡(jiǎn)單的原子變量循環(huán)、clh鎖和mcs鎖等；8. 選擇鎖策略應(yīng)分析競(jìng)爭(zhēng)程度、持有時(shí)間、cpu資源等因素，優(yōu)先考慮無(wú)鎖方案，再根據(jù)場(chǎng)景選擇輕量級(jí)或重量級(jí)鎖，并合理調(diào)整參數(shù)。

Java中的輕量級(jí)鎖，本質(zhì)上是一種優(yōu)化策略，旨在減少在沒(méi)有實(shí)際競(jìng)爭(zhēng)情況下，重量級(jí)鎖帶來(lái)的開銷。它不是替代品，而是一種在特定場(chǎng)景下的“嘗試”。如果嘗試失敗，還是會(huì)升級(jí)到重量級(jí)鎖。自旋鎖則是輕量級(jí)鎖實(shí)現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵部分，讓線程在獲取鎖失敗時(shí)，不要立即阻塞，而是忙等待（自旋）一段時(shí)間，期望鎖能被快速釋放。

解決方案：

輕量級(jí)鎖的實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是利用對(duì)象頭的Mark Word來(lái)存儲(chǔ)線程信息。當(dāng)一個(gè)線程嘗試獲取鎖時(shí)，會(huì)檢查Mark Word是否指向當(dāng)前線程。如果是，則表示鎖已被當(dāng)前線程持有，直接進(jìn)入同步塊。如果不是，則嘗試使用CAS（Compare and Swap）操作將Mark Word更新為指向當(dāng)前線程的指針。

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如果CAS操作成功，則獲取鎖成功。如果CAS操作失敗，則說(shuō)明存在競(jìng)爭(zhēng)，此時(shí)會(huì)膨脹為重量級(jí)鎖。而自旋鎖就在CAS失敗后發(fā)揮作用：線程不會(huì)立即進(jìn)入阻塞狀態(tài)，而是循環(huán)嘗試CAS操作，這就是“自旋”。自旋一段時(shí)間后，如果仍然無(wú)法獲取鎖，才會(huì)升級(jí)為重量級(jí)鎖。

為什么需要自旋鎖？因?yàn)榫€程的阻塞和喚醒需要操作系統(tǒng)介入，開銷較大。如果鎖的持有時(shí)間很短，那么自旋等待可能比阻塞和喚醒更快。

輕量級(jí)鎖一定比重量級(jí)鎖快嗎？

不一定。輕量級(jí)鎖的優(yōu)勢(shì)在于減少了線程阻塞和喚醒的開銷，但自旋也會(huì)消耗CPU資源。如果鎖的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，或者鎖的持有時(shí)間很長(zhǎng)，那么自旋會(huì)浪費(fèi)大量的CPU時(shí)間，反而不如直接阻塞。所以，輕量級(jí)鎖更適合于鎖競(jìng)爭(zhēng)不激烈，且鎖的持有時(shí)間較短的場(chǎng)景。

另外，自旋的次數(shù)也是一個(gè)需要考慮的因素。如果自旋次數(shù)過(guò)多，會(huì)浪費(fèi)CPU資源；如果自旋次數(shù)過(guò)少，又可能無(wú)法等到鎖的釋放。JDK中，自旋的次數(shù)是自適應(yīng)的，會(huì)根據(jù)之前的自旋情況進(jìn)行調(diào)整。

自旋鎖有哪些實(shí)現(xiàn)方式？

自旋鎖的實(shí)現(xiàn)方式有很多種，最簡(jiǎn)單的就是使用一個(gè)循環(huán)和一個(gè)原子變量。例如：

public class SpinLock {     private AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false);      public void lock() {         while (!locked.compareAndSet(false, true)) {             // 自旋等待         }     }      public void unlock() {         locked.set(false);     } }

這段代碼中，compareAndSet方法嘗試將locked從false設(shè)置為true。如果設(shè)置成功，則獲取鎖；如果設(shè)置失敗，則繼續(xù)循環(huán)等待。

除了這種簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式，還有一些更高級(jí)的自旋鎖，例如CLH鎖和MCS鎖。這些鎖可以避免多個(gè)線程同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)原子變量，從而提高性能。

如何選擇合適的鎖策略？

選擇合適的鎖策略需要綜合考慮多個(gè)因素，包括鎖的競(jìng)爭(zhēng)程度、鎖的持有時(shí)間、CPU資源等。一般來(lái)說(shuō)，可以按照以下步驟進(jìn)行選擇：

1. 分析場(chǎng)景： 了解鎖的競(jìng)爭(zhēng)程度和鎖的持有時(shí)間。
2. 優(yōu)先選擇無(wú)鎖方案： 如果可能，盡量使用無(wú)鎖方案，例如原子變量、CAS操作等。
3. 選擇合適的鎖： 如果必須使用鎖，則根據(jù)場(chǎng)景選擇合適的鎖。如果鎖的競(jìng)爭(zhēng)不激烈，且鎖的持有時(shí)間較短，則可以選擇輕量級(jí)鎖。如果鎖的競(jìng)爭(zhēng)激烈，或者鎖的持有時(shí)間很長(zhǎng)，則應(yīng)該選擇重量級(jí)鎖。
4. 調(diào)整鎖的參數(shù)： 根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整鎖的參數(shù)，例如自旋次數(shù)、偏向鎖延遲等。

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