自旋锁

【架构师技巧分享】程序员面试美团：面试官突然问Java “锁”你应该怎么回答？ Java提供了种类丰富的锁，每种锁因其特性的不同，在适当的场景下能够展现出非常高的效率。本文旨在对锁相关源码（本文中的源码来自JDK 8）、使用场景进行举例，为读者介绍主流锁的知识点，以及不同的锁的适用场景。 Java中往往是按照是否含有某一特性来定义锁，我们通过特性将锁进行分组归类，再使用对比的方式进行介绍，帮助大家更快捷的理解相关知识。下面给出本文内容的总体分类目录： 1.乐观锁 VS 悲观锁 乐观锁与悲观锁是一种广义上的概念，体现了看待线程同步的不同角度。在Java和数据库中都有此概念对应的实际应用。 先说概念。对于同一个数据的并发操作，悲观锁认为自己在使用数据的时候一定有别的线程来修改数据，因此在获取数据的时候会先加锁，确保数据不会被别的线程修改。Java中，synchronized关键字和Lock的实现类都是悲观锁。 而乐观锁认为自己在使用数据时不会有别的线程修改数据，所以不会添加锁，只是在更新数据的时候去判断之前有没有别的线程更新了这个数据。如果这个数据没有被更新，当前线程将自己修改的数据成功写入。如果数据已经被其他线程更新，则根据不同的实现方式执行不同的操作（例如报错或者自动重试）。 乐观锁在Java中是通过使用无锁编程来实现，最常采用的是CAS算法

转自：http://blog.csdn.net/wh_19910525/article/details/11536279 自旋锁的初衷：在短期间内进行 轻量级的锁定 。一个被争用的自旋锁使得请求它的线程在等待锁重新可用的期间进行自旋( 特别浪费处理器时间 )，所以自旋锁不应该被持有时间过长。如果需要长时间锁定的话, 最好使用信号量。 单处理器的自旋锁： 首先，自旋锁的目的如果在系统不支持内核抢占时，自旋锁的实现也是空的，因为单核只有一个线程在执行，不会有内核抢占，从而资源也不会被其他线程访问到。 其次，支持内核抢占，由于自旋锁是禁止抢占内核的，所以不会有其他的进程因为等待锁而自旋. 最后，只有在多cpu下，其他的cpu因为等待该cpu释放锁，而处于自旋状态，不停轮询锁的状态。所以这样的话，如果一旦自旋锁内代码执行时间较长，等待该锁的cpu会耗费大量资源，也是不同于信号量和互斥锁的地方。 简单来说，自旋锁在内核中主要用来防止多处理器中并发访问临界区，防止内核抢占造成的竞争。 自旋锁内睡眠禁止睡眠问题： 如果自旋锁锁住以后进入睡眠，而此时又不能进行处理器抢占(锁住会disable prempt)，其他进程无法获得cpu，这样也不能唤醒睡眠的自旋锁，因此不相应任何操作。 自旋锁为什么广泛用于内核： 自旋锁是一种轻量级的互斥锁，可以更高效的对互斥资源进行保护

一、锁优化的思路和方法 锁优化是指：在多线程的并发中当用到锁时，尽可能让性能有所提高。一般并发中用到锁，就是阻塞的并发，前面讲到一般并发级别分为阻塞的和非阻塞的（非阻塞的包含：无障碍的，无等待的，无锁的等等），一旦用到锁，就是阻塞的，也就是一般最糟糕的并发，因此锁优化就是在堵塞的情况下去提高性能；所以所锁的优化就是让性能尽可能提高，不管怎么提高，堵塞的也没有无锁的并发底。让锁定的障碍降到最低，锁优化并不是说就能解决锁堵塞造成的性能问题。这是做不到的。 方法如下：  减少锁持有时间  减小锁粒度  锁分离  锁粗化  锁消除 二、减少锁持有时间 举例： public synchronized void syncMethod(){ othercode1(); mutextMethod(); othercode2(); } 使用这个锁会造成其他线程进行等待，因此让锁的的持有时间减少和锁的范围，锁的零界点就会降低，其他线程就会很快获取锁，尽可能减少了冲突时间。 改进优化如下： public void syncMethod2(){ othercode1(); synchronized(this){ mutextMethod(); } othercode2(); } 三、减小锁粒度  将大对象，拆成小对象，好处是：大大增加并行度，降低锁竞争（同时偏向锁，轻量级锁成功率提高） 

基础知识 基础知识之一：锁的类型 锁就那么几个,只是根据特性,分为不同的类型 锁的概念 在计算机科学中，锁(lock)或互斥(mutex)是一种同步机制，用于在有许多执行线程的环境中强制对资源的访问限制。锁旨在强制实施互斥排他、并发控制策略。 锁通常需要硬件支持才能有效实施。这种支持通常采取一个或多个原子指令的形式，如"test-and-set", "fetch-and-add" or "compare-and-swap"”。这些指令允许单个进程测试锁是否空闲，如果空闲，则通过单个原子操作获取锁。 锁的三个概念 1、锁开销 lock overhead 锁占用内存空间、 cpu初始化和销毁锁、获取和释放锁的时间。程序使用的锁越多，相应的锁开销越大 2、锁竞争 lock contention 一个进程或线程试图获取另一个进程或线程持有的锁，就会发生锁竞争。锁粒度越小，发生锁竞争的可能性就越小 3、死锁 deadlock 至少两个任务中的每一个都等待另一个任务持有的锁的情况锁粒度是衡量锁保护的数据量大小，通常选择粗粒度的锁(锁的数量少，每个锁保护大量的数据)，在当单进程访问受保护的数据时锁开销小，但是当多个进程同时访问时性能很差。因为增大了锁的竞争。相反，使用细粒度的锁(锁数量多，每个锁保护少量的数据)增加了锁的开销但是减少了锁竞争。例如数据库中，锁的粒度有表锁、页锁、行锁、字段锁

悲观锁：锁住记录，每次访问需要加锁； 乐观锁：使用CAS机制，不加锁，自旋访问； 高并发情况下，乐观锁自旋开销很大，影响性能。 来源： CSDN 作者： 喝酒打脑阔 链接： https://blog.csdn.net/weixin_44235601/article/details/103990236

在读很多并发文章中，会提及各种各样锁如公平锁，乐观锁等等，这篇文章介绍各种锁的分类。介绍的内容如下： 1.公平锁 / 非公平锁 2.可重入锁 / 不可重入锁 3.独享锁 / 共享锁 4.互斥锁 / 读写锁 5.乐观锁 / 悲观锁 6.分段锁 7.偏向锁 / 轻量级锁 / 重量级锁 8.自旋锁 上面是很多锁的名词，这些分类并不是全是指锁的状态，有的指锁的特性，有的指锁的设计，下面总结的内容是对每个锁的名词进行一定的解释。 公平锁/非公平锁 公平锁 公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。 非公平锁 非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能，会造成优先级反转或者饥饿现象。 对于 Java ReentrantLock 而言，通过构造函数指定该锁是否是公平锁，默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。 对于 Synchronized 而言，也是一种非公平锁。由于其并不像 ReentrantLock 是通过 AQS 的来实现线程调度，所以并没有任何办法使其变成公平锁。 可重入锁/不可重入锁 可重入锁 广义上的可重入锁指的是可重复可递归调用的锁，在外层使用锁之后，在内层仍然可以使用，并且不发生死锁（前提得是同一个对象或者class），这样的锁就叫做可重入锁。 ReentrantLock 和 synchronized

catalog 0. 引言 1. Windows 2000网络结构和OSI模型 2. NDIS驱动 3. NDIS微端口驱动编程实例 4. NDIS中间层驱动编程实例 5. NDIS协议层驱动编程实例 6. TDI驱动 7. TDI的过滤框架 8. WFP(Windows Filtering Platform windows过滤平台) 0. 引言 最早出现的网络驱动应该是网卡驱动，这是Windows的下进行网络安全攻防常见的需求，为了进一步分割应用程序的网络数据传输与下层协议直到下层硬件的关系，又出现了协议驱动，后来微软和硬件商联合制定了NDIS标准，作为从硬件到协议的内核驱动程序的调用接口标准，而协议驱动与应用层的API之间，则出现了TDI接口，即从上到下的关系是 应用层API -> TDI -> 协议驱动 -> NDIS -> 下层硬件 0x1: 网卡驱动 网卡驱动程序(Device Driver)全称为"设备驱动程序"，是一种可以使计算机中央处理器: CPU控制和使用设备的特殊程序，相当于硬件的接口，操作系统通过这个接口，控制硬件设备的工作。所有的硬件都要安装驱动程序，没有驱动程序的硬件是运行不了的，就像一辆有轮胎但是没有传动轴的汽车一样跑不起来，控制不了 假如某设备的驱动程序未能正确安装，便不能正常工作。 网卡驱动程序就是CPU控制和使用网卡的程序

详见： http://blog.yemou.net/article/query/info/tytfjhfascvhzxcyt364 本文将简单介绍HotSpot虚拟机中用到的锁优化技术。 自旋锁 互斥同步对性能最大的影响是阻塞的实现，挂起线程和恢复线程的操作都需要转入内核态中完成，这些操作给系统的并发性能带来了很大的压力。而在很多应用上，共享数据的锁定状态只会持续很短的一段时间。若实体机上有多个处理器，能让两个以上的线程同时并行执行，我们就可以让后面请求锁的那个线程原地自旋（不放弃CPU时间），看看持有锁的线程是否很快就会释放锁。为了让线程等待，我们只须让线程执行一个忙循环（自旋），这项技术就是自旋锁。 如果锁长时间被占用，则浪费处理器资源，因此自旋等待的时间必须要有一定的限度，如果自旋超过了限定的次数仍然没有成功获得锁，就应当使用传统的方式去挂起线程了（默认10次）。 JDK1.6引入自适应的自旋锁：自旋时间不再固定，由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。如果在同一个锁对象上，自旋等待刚刚成功获得过锁，并且持有锁的线程正在运行中，那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功，进而它将允许自旋等待持续相对更长的时间。 锁削除 锁削除是指虚拟机即时编译器在运行时，对一些代码上要求同步，但是被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行削除

何为同步？JVM规范规定JVM基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步，但两者的实现细节不一样。代码块同步是使用monitorenter和monitorexit指令实现，而方法同步是使用另外一种方式实现的，细节在JVM规范里并没有详细说明，但是方法的同步同样可以使用这两个指令来实现。monitorenter指令是在编译后插入到同步代码块的 开始位置 ，而monitorexit是插入到 方法结束处和异常处 ， JVM要保证每个monitorenter必须有对应的monitorexit与之配对。 任何对象 都有一个 monitor 与之关联，当且一个monitor 被持有后，它将处于锁定状态。 线程执行到 monitorenter 指令时，将会尝试获取对象所对应的 monitor 的所有权，即尝试获得对象的锁。 Java对象头 锁存在Java对象头里。如果对象是数组类型，则虚拟机用3个Word（字宽）存储对象头，如果对象是非数组类型，则用2字宽存储对象头。在32位虚拟机中， 一字宽等于四字节，即32bit。 长度 内容 说明 32/64bit Mark Word 存储对象的hashCode或锁信息等 32/64bit Class Metadata Address 存储到对象类型数据的指针 32/64bit Array length 数组的长度（如果当前对象是数组）

被自旋锁保护的临界区代码执行时不能睡眠。单核处理器下，获取到锁的线程睡眠，若恰好此时CPU调度的另一个执行线程也需要获取这个锁，则会造成死锁；多核处理器下，若想获取锁的线程在同一个处理器下，同样会造成死锁，若位于另外的处理器，则会长时间占用CPU等待睡眠的线程释放锁，从而浪费CPU资源。 若中断服务程序也要获得锁，则被自旋锁保护的临界区代码执行时不能被其他中断打断。原因同上类似。 被自旋锁保护的临界区代码在执行时，内核不能被抢占，亦同上类似。由自旋锁代码本身处理 来源： CSDN 作者： DADA2ndTIAN 链接： https://blog.csdn.net/zsj1126/article/details/103825089