David.Turing's blog

           

          關于JVM的Thin Lock, Fat Lock, SPIN Lock與Tasuki Lock

          Java很多ThreadDump中,都可以看到Thin Lock, Fat Lock, Spin Lock,這些Lock都與Java語言、OS有密切的關系。
          回到一個簡單的問題,在Java中,如何實現Synchronizd?
          最簡單的一種做法是,利用OS的mutex機制,把Java的同步(基于Object),翻譯成OS相關的monitor_enter和monitor_exit原語。


          回到Java鎖本身,鎖在不同的應用下有著不同的統計表現,而大部分的統計數據表明,其實線程搶鎖,即鎖競爭,都是短暫的,在大部分的情況下,幾乎都不會發生鎖競爭的現象。
          也就是說,Java鎖,從安全性的角度來看,是有點累贅。
          因此,大量的專家都在鎖上針對這樣的統計特性對Java鎖進行優化。
          其中一種優化方案是,我們對所有的鎖都需要monitor_enter和monitor_exit嗎?事實上不需要。

          如果我們把monitor_enter/monitor_exit看成是Fat Lock方式,則可以把Thin Lock看成是一種基于CAS(Compare and Swap)的簡易實現。
          這兩種鎖,簡單一點理解,就是:

          而基于CAS方式的實現,線程進入競爭狀態的,獲得鎖的線程,會讓其他線程處于自旋狀態(也稱之為Spin Mode,即自旋),這是一種while(Lock_release) doStuff()的Busy-Wait方式,是一種耗CPU的方式;而Fat Lock方式下,一個線程獲得鎖的時候,其他線程可以先sleep,等鎖釋放后,再喚醒(Notify)。
          CAS的優點是快,如果沒有線程競爭的情況下,因為CAS只需要一個指令便獲得鎖,所以稱之為Thin Lock,缺點也是很明顯的,即如果頻繁發生線程競爭,CAS是低效,主要表現為,排斥在鎖之外的線程是Busy Wait狀態;而monitor_enter/monitor_exit/monitor_notify方式,則是重量級的,在線程產生競爭的時候,Fat Lock在OS mutex方式下,可以實現no busy-wait。

          于是,JVM早期版本的做法是,如果T1, T2,T3,T4...產生線程競爭,則T1通過CAS獲得鎖(此時是Thin Lock方式),如果T1在CAS期間獲得鎖,則T2,T3進入SPIN狀態直到T1釋放鎖;而第二個獲得鎖的線程,比如T2,會將鎖升級(Inflation)為Fat Lock,于是,以后嘗試獲得鎖的線程都使用Mutex方式獲得鎖。

          這種設計為鎖提供了兩條路徑:Thin Lock路徑和Fat Lock路徑,大部分情況下,可能都是走Thin Lock路徑,而可能少部分情況,是走Fat Lock路徑,這種方式提供了鎖升級,但是避免不了Busy Wait,而且Thin-Lock升級Fat-Lock之后,沒有辦法回退到Thin-Lock(性能比Fat-Lock更好)。

          Tasuki鎖為這種方式做了2個優化:
          1) 避免CAS導致Busy wait
          2)?Fat Lock可以deflate(與Inflate剛好相反)為Thin Lock(之前是Thin Lock變成Fat Lock之后便不能再回退)。

          經過這樣的改造后,鎖性能提高了10%以上。

          目前,Oracle的BEA JRockit與IBM的JVM都實現了Tasuki鎖機制,唯一的不同是,在鎖實現上都做了不同啟發式的設計,即根據運行時采樣的數據,動態調整一些權值數據,一邊左右Lock Inflation/Lock Defaltion的過程(一顆樹的兩個分支),獲取更好的鎖性能。

          對JVM鎖有興趣的朋友可以與我聯系(mail:weblogic在vip.qq.com

          另外一種針對鎖的優化手段,叫做Lazy-Unlocking,可以在Tasuki Lock之上構造,可以參見我另外一篇隨筆
          http://www.aygfsteel.com/security/archive/2009/02/12/Lazy_Java_Lock.html

          posted on 2009-02-16 14:49 david.turing 閱讀(8404) 評論(3)  編輯  收藏 所屬分類: JVM

          評論

          # re: 關于JVM的Thin Lock, Fat Lock, SPIN Lock與Tasuki Lock 2009-04-06 22:19 flyisland

          頂!  回復  更多評論   

          # re: 關于JVM的Thin Lock, Fat Lock, SPIN Lock與Tasuki Lock 2009-04-21 19:17 wfeng007

          不錯。。。還有研究 dump文件的阿 不錯不錯呵呵  回復  更多評論   

          # re: 關于JVM的Thin Lock, Fat Lock, SPIN Lock與Tasuki Lock 2010-12-02 15:02 游客

          達人呀。研究的很深呀。
            回復  更多評論   


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