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Java偏向锁为什么能提高性能_Java偏向锁加速机制与撤销条件说明

P粉602998670

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发布时间:2025-12-16 15:07:02

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来源于php中文网

原创

偏向锁通过单线程重入零开销提升性能,即首次cas记录线程id后,后续仅比对id即可;但需满足未禁用、未调用hashcode/wait/notify、且在延迟启用期内;撤销会stw,现代jdk默认禁用。

java偏向锁为什么能提高性能_java偏向锁加速机制与撤销条件说明

Java偏向锁能提高性能,核心在于它把“无竞争场景下的同步开销降为零”——同一线程反复进入同一同步块时,不再需要任何原子操作(如CAS),只做一次线程ID比对即可。

偏向锁加速机制:单线程重入零开销

偏向锁不是靠“加锁更快”,而是靠“根本不加锁”。它的加速逻辑很直接:

  • 对象首次被某线程获取锁时,JVM用一次CAS将线程ID写入对象头Mark Word,并标记为“已偏向”(后三位为101)
  • 该线程后续每次重入同步块,仅需检查Mark Word中记录的线程ID是否匹配自己,匹配就直接执行临界区代码
  • 整个过程不涉及CAS、不触发内存屏障、不修改帧锁记录,也没有自旋等待

对比轻量级锁:每次重入都要执行CAS更新锁记录,即使无竞争也带来CPU指令和缓存一致性开销。而偏向锁在典型单线程高频访问场景(如线程私有缓存、局部计数器、初始化后的单例对象访问)下,性能提升显著。

偏向锁触发的前提条件

不是所有对象、所有时机都能进入偏向锁状态。必须同时满足以下四点:

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  • JVM启动时未显式关闭偏向锁(默认开启,可通过-XX:-UseBiasedLocking禁用)
  • 对象创建后尚未被调用过hashCode()——因为hashcode会抢占Mark Word空间,导致无法存储线程ID
  • 对象未被调用过wait()/notify()——这些方法强制要求重量级锁,会直接禁用偏向
  • 当前处于“可偏向”窗口期:偏向锁默认延迟4秒启用(可通过-XX:BiasedLockingStartupDelay=0关闭延迟),新对象在延迟期内仍为无锁状态(0x01)

偏向锁撤销的常见场景

一旦出现以下任一情况,偏向锁就会被撤销(可能升级为轻量级锁):

  • 第二个线程尝试获取同一对象的锁——这是最典型的撤销触发点
  • 对象调用了hashCode()方法(Mark Word需腾出空间存哈希值)
  • 对象执行了wait()notify()(必须膨胀至Monitor)
  • 发生批量撤销:同一类的对象被撤销偏向锁超40次,JVM判定该类“不适合偏向”,后续新建实例直接不可偏向

注意:撤销操作需在全局安全点(safepoint)进行,会暂停所有应用线程(STW),因此在高并发频繁竞争场景下,反而可能成为性能瓶颈

实际开发中的取舍建议

偏向锁不是“开箱即用的银弹”,是否启用要结合业务特征判断:

  • 适合:Web容器中每个请求线程处理独立对象、批处理中单线程反复操作本地资源、配置类/工具类的同步访问
  • 不适合:短生命周期高并发对象(如HTTP连接池、RPC请求对象)、多线程争抢同一锁对象、使用了hashCode或wait/notify的同步逻辑
  • 现代JDK(如15+)默认已禁用偏向锁,生产环境若确认无单线程重入优势,建议显式关闭:-XX:-UseBiasedLocking

基本上就这些。理解偏向锁的关键,不是记住流程,而是看清它服务的假设:绝大多数锁,其实只被一个线程用。

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