Java 6中的线程优化真的有效么？

介绍 — Java 6中的线程优化

Sun、IBM、BEA和其他公司在各自实现的Java 6虚拟机上都花费了大量的精力 优化锁的管理和同步。诸如偏向锁（biased locking）、锁粗化（lock coarsening）、由逸出（escape）分析产生的锁省略、自适应自旋锁（adaptive spinning）这些特性，都是通过在应用程序线程之间更高效地共享数据，从而提 高并发效率。尽管这些特性都是成熟且有趣的，但是问题在于：它们的承诺真的 能实现么？在这篇由两部分组成的文章里，我将逐一探究这些特性，并尝试在单 一线程基准的协助下，回答关于性能的问题。

悲观锁模型

Java支持的锁模型绝对是悲观锁（其实，大多数线程库都是如此）。如果有两 个或者更多线程使用数据时会彼此干扰，这种极小的风险也会强迫我们采用非常 严厉的手段防止这种情况的发生——使用锁。然而研究表明，锁很少被占用。也 就是说，一个访问锁的线程很少必须等待来获取它。但是请求锁的动作将会触发 一系列的动作，这可能导致严重的系统开销，这是不可避免的。

我们的确还有其他的选择。举例来说，考虑一下线程安全的StringBuffer的用 法。问问你自己：是否你曾经明知道它只能被一个线程安全地访问，还是坚持使 用StringBuffer，为什么不用StringBuilder代替呢？

知道大多数的锁都不存在竞争，或者很少存在竞争的事实对我们作用并不大， 因为即使是两个线程访问相同数据的概率非常低，也会强迫我们使用锁，通过同 步来保护被访问的数据。“我们真的需要锁么？”这个问题只有在我们将锁放在 运行时环境的上下文中观察之后，才能最终给出答案。为了找到问题的答案，JVM 的开发者已经开始在HotSpot和JIT上进行了很多的实验性的工作。现在，我们已 经从这些工作中获得了自适应自旋锁、偏向锁和以及两种方式的锁消除（lock elimination）——锁粗化和锁省略（lock elision）。在我们开始进行基准测试 以前，先来花些时间回顾一下这些特性，这样有助于理解它们是如何工作的。

逸出分析 — 简析锁省略（Escape analysis - lock elision explained）

逸出分析是对运行中的应用程序中的全部引用的范围所做的分析。逸出分析是 HotSpot分析工作的一个组成部分。如果HotSpot（通过逸出分析）能够判断出指 向某个对象的多个引用被限制在局部空间内，并且所有这些引用都不能“逸出” 到这个空间以外的地方，那么HotSpot会要求JIT进行一系列的运行时优化。其中 一种优化就是锁省略（lock elision）。如果锁的引用限制在局部空间中，说明 只有创建这个锁的线程才会访问该锁。在这种条件下，同步块中的值永远不会存 在竞争。这意味这我们永远不可能真的需要这把锁，它可以被安全地忽略掉。考 虑下面的方法：

public String concatBuffer(String s1, String s2, String s3) {, StringBuffer sb = new StringBuffer(); sb.append(s1); sb.append(s2); sb.append(s3); return sb.toString(); 　 }

图1. 使用局部的StringBuffer连接字符串

如果我们观察变量sb，很快就会发现它仅仅被限制在concatBuffer方法内部了 。进一步说，到sb的所有引用永远不会“逸出”到 concatBuffer方法之外，即声 明它的那个方法。因此其他线程无法访问当前线程的sb副本。根据我们刚介绍的 知识，我们知道用于保护sb的锁可以忽略掉。

从表面上看，锁省略似乎可以允许我们不必忍受同步带来的负担，就可以编写 线程安全的代码了，前提是在同步的确是多余的情况下。锁省略是否真的能发挥 作用呢？这是我们在后面的基准测试中将要回答的问题。

简析偏向锁（Biased locking exp

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