Java中的synchronized 优化方法之锁膨胀机制

Java中的synchronized 优化方法之锁膨胀机制

Java中的synchronized是一种线程安全的同步机制，能够保证多个线程访问同一个对象的方法或段代码时，只有一个线程执行，其他线程等待，直到执行完毕后才能继续执行。然而，synchronized也可能带来一些性能问题。因此，Java提出了一些优化方法，其中之一就是锁膨胀机制。

什么是锁膨胀机制？

当一个线程访问一个对象的同步方法时，Java虚拟机会给该线程分配一个轻量级锁（也称为偏向锁），随着竞争的增加，会升级为重量级锁（也称为互斥锁），锁的等级越高，进入和退出同步块时所需的开销就会越大，从而影响代码的性能。

为了避免轻量级锁的使用过于频繁，Java提出了锁膨胀机制。如果一个线程多次获得轻量级锁失败，Java虚拟机会将该锁升级为重量级锁。当然，反之也会发生，如果一个线程持有重量级锁，但在synchronized代码块完成前就退出了，Java虚拟机会将该锁降级为轻量级锁。这种锁升级或降级的过程就被称为锁膨胀机制。

示例说明

为了说明锁膨胀机制，我们可以考虑以下两个示例：

1. 没有锁膨胀机制

public class MyThread extends Thread {
    private Integer i = 0;

    public synchronized void increment() {
        i++;
    }

    public void run() {
        for (int j = 0; j < 10000000; j++) {
            increment();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread t1 = new MyThread();
        MyThread t2 = new MyThread();
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(t1.i + t2.i);
    }
}

在这个示例中，我们定义了一个MyThread类，其中有一个increment方法，用来自增i这个变量。同时，我们在increment方法前加上了synchronized关键字，保证了多个线程对i变量的访问不会冲突。然后我们创建了两个线程t1和t2，让它们分别调用increment方法进行递增，最后输出递增的结果。

这里我们发现，如果没有锁膨胀机制，两个线程间会频繁地切换轻量级锁和重量级锁，导致性能下降。如果我们运行上述代码，就会发现线程执行需要较长时间。

1. 使用锁膨胀机制

public class MyThread extends Thread {
    private Integer i = 0;

    public void increment() {
        synchronized (this) {
            i++;
        }
    }

    public void run() {
        for (int j = 0; j < 10000000; j++) {
            increment();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread t1 = new MyThread();
        MyThread t2 = new MyThread();
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(t1.i + t2.i);
    }
}

在这个示例中，我们对上一个示例进行改进，将synchronized从方法中移到了代码块中，并将锁的对象改为this。这样就可以避免轻量级锁和重量级锁之间的频繁转换，从而提高了性能。

如果我们运行上述代码，就会发现线程执行时间有了明显的缩短。

小结

Java中的synchronized是一种重要的线程同步机制，但如果使用不当，会带来性能问题。为了优化synchronized的性能，Java提出了锁膨胀机制，避免了轻量级锁和重量级锁之间频繁切换的情况。我们需要根据实际情况合理地使用synchronized和锁膨胀机制，从而提高代码的性能。

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