關(guān)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(guān)系。回到一個簡單的問題,在Java中,如何實現(xiàn)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(guān)的monitor_enter和monitor_exit原語。
回到Java鎖本身,鎖在不同的應(yīng)用下有著不同的統(tǒng)計表現(xiàn),而大部分的統(tǒng)計數(shù)據(jù)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(fā)生鎖競爭的現(xiàn)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(tǒng)計特性對Java鎖進行優(yōu)化。
其中一種優(yōu)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(xiàn)。
這兩種鎖,簡單一點理解,就是:
而基于CAS方式的實現(xiàn),線程進入競爭狀態(tài)的,獲得鎖的線程,會讓其他線程處于自旋狀態(tài)(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(yōu)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(fā)生線程競爭,CAS是低效,主要表現(xiàn)為,排斥在鎖之外的線程是Busy Wait狀態(tài);而monitor_enter/monitor_exit/monitor_notify方式,則是重量級的,在線程產(chǎn)生競爭的時候,F(xiàn)at Lock在OS mutex方式下,可以實現(xiàn)no busy-wait。
于是,JVM早期版本的做法是,如果T1, T2,T3,T4...產(chǎn)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(tài)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(shè)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(yōu)化:
1) 避免CAS導(dǎo)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(jīng)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(xiàn)了Tasuki鎖機制,唯一的不同是,在鎖實現(xiàn)上都做了不同啟發(fā)式的設(shè)計,即根據(jù)運行時采樣的數(shù)據(jù),動態(tài)調(diào)整一些權(quán)值數(shù)據(jù),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(lián)系(mail:weblogic在vip.qq.com)
另外一種針對鎖的優(yōu)化手段,叫做Lazy-Unlocking,可以在Tasuki Lock之上構(gòu)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