Java에서 동기화된 잠금 확장 메커니즘을 구현하는 방법

synchronized

JDK 1.5에서는 모니터 잠금(Monitor)을 호출하여 동기화를 구현해야 합니다. 모니터 잠금은 기본적으로 배타적 잠금이 설정된 경우 기본 운영 체제의 Mutex Lock(뮤텍스 잠금)에 따라 달라집니다. 릴리즈되고 획득되면 사용자 상태에서 커널 상태로 변환해야 하므로 비용이 많이 들고 실행 시간도 많이 소요됩니다. 우리는 이러한 종류의 잠금을 운영 체제 Mutex Lock 구현에 의존하는 "헤비웨이트"라고 부릅니다. 잠그다".

사용자 모드와 커널 모드가 무엇인가요?

사용자 모드: 프로세스가 사용자 자신의 코드를 실행하는 경우 사용자 실행 상태에 있다고 합니다. 커널 모드: 작업(프로세스)이 시스템 호출을 실행하고 커널 코드에 갇혀 있는 경우, 프로세스가 커널 실행 상태에 있다고 말합니다. 이때 프로세서는 가장 높은 권한 수준을 가진 커널 코드에서 실행됩니다. .

커널 모드와 사용자 모드로 구분되는 이유는 무엇인가요?

커널 모드와 사용자 모드의 구분이 없다고 가정하면 프로그램은 하드웨어 리소스를 마음대로 읽고 쓰고 메모리를 할당할 수 있습니다. 이런 식으로 프로그래머가 실수로 부적절한 콘텐츠를 작성한 경우에도 마찬가지입니다. 쓰지 말아야 할 곳에 쓰면 시스템이 다운될 가능성이 높습니다.

사용자 모드와 커널 모드를 구분하여 프로그램은 작업을 수행할 때 일련의 확인 및 검사를 수행하므로 문제가 없음을 확인한 후에야 리소스를 정상적으로 작동할 수 있으므로 실수로 인한 걱정은 없습니다. 이렇게 하면 시스템이 손상되는 상황입니다. 즉, 커널 모드와 사용자 모드를 구분하면 프로그램을 더 안전하게 실행할 수 있지만 동시에 두 모드를 전환하면 일정한 성능 오버헤드가 발생하게 됩니다.

잠금 확장

JDK 1.6에서는 잠금 획득 및 해제로 인한 성능 소모를 해결하기 위해 "바이어스 잠금" 및 "경량 잠금" 상태가 도입되었습니다. 이때 동기화된 상태는 다음과 같습니다. 총 유형의 4 상태 : total 노트의 잠금 장치 잠금 잠금 장치 잠금 장치는 위에서 언급 한 순서로 업그레이드됩니다 이 프로세스를 "잠금 확장"이라고 부릅니다.

PS: 지금까지 잠금 장치의 업그레이드는 단방향입니다. 즉, 낮은 수준에서 높은 수준으로만 업그레이드할 수 있습니다(잠금 없음-> 바이어스 잠금-> 경량 잠금->). ; 무게 수준 잠금), 잠금 저하가 발생하지 않습니다.

• 잠금 확장이 동기화 성능을 최적화할 수 있는 이유는 무엇인가요? 이러한 잠금 상태를 이해하면 자연스럽게 답을 함께 살펴보겠습니다.
• Biased lock
  HotSpot 작성자는 연구와 실습을 통해 대부분의 경우 잠금에 대한 다중 스레드 경쟁이 없으며 스레드가 더 저렴하게 획득할 수 있도록 항상 동일한 스레드에 의해 여러 번 획득된다는 사실을 발견했습니다. 잠금, 그들은 바이어스 잠금을 도입했습니다.
• 편향된 잠금은 잠금에 액세스하는 첫 번째 스레드를 선호한다는 의미입니다. 작업 중에 하나의 스레드만 동기화 잠금에 액세스하고 다중 스레드 경합이 없으면 스레드는 동기화를 트리거할 필요가 없습니다. 스레드에 바이어스 잠금이 추가됩니다.
  Biased lock 실행 프로세스

스레드가 동기화된 코드 블록에 접근하여 잠금을 획득하면 잠금 바이어스 스레드 ID가 개체 헤더의 Mark Word에 저장됩니다. 더 이상 CAS 작업을 통해 추가되지 않습니다. 스레드는 동기화된 블록에 들어가고 나가지만 현재 스레드를 가리키는 바이어스 잠금이 Mark Word에 저장되어 있는지 여부를 감지합니다. Mark Word의 스레드 ID가 액세스한 스레드 ID와 일치하면 직접 입력할 수 있습니다. 코드 실행을 위한 동기화 블록. 스레드 ID가 다른 경우 CAS를 사용하여 잠금 획득을 시도합니다. 획득에 성공하면 동기화 블록을 입력하여 코드를 실행합니다. .

바이어스 잠금의 장점

잠금 획득 및 해제는 여러 CAS 원자 명령에 의존하고 바이어스 잠금만 CAS 원자 명령을 실행해야 하기 때문에 다중 스레드 경쟁 없이 불필요한 잠금 전환을 최소화하도록 설계되었습니다. 스레드 ID를 교체할 때 한 번.

Mark Word Extended Knowledge: Memory Layout

HotSpot 가상 머신에서 메모리에 저장된 객체의 레이아웃은 다음 3가지 영역으로 나눌 수 있습니다:

객체 헤더(Header)

인스턴스 데이터 )

정렬 패딩(Padding)

객체 헤더에는 다음도 포함됩니다.

마크 워드(마크 필드): 바이어스 잠금 정보가 이 영역

에 저장됩니다.

• Klass Pointer(클래스 객체 포인터)

• 메모리 내 객체의 레이아웃은 다음과 같습니다.

JDK 1.6에서는 편향된 잠금이 기본적으로 활성화되어 있습니다. "-XX:-UseBiasedLocking=false" 명령을 통해 편향된 잠금을 비활성화할 수 있습니다.

경량 잠금

경량 잠금을 도입하는 목적은 다중 스레드 경쟁 없이 운영체제 Mutex Lock(뮤텍스 잠금)을 사용하는 기존의 중량 잠금으로 인한 성능 소모를 줄이는 것입니다. Mutex Lock을 사용하는 경우 잠금을 획득하고 해제하는 각 작업으로 인해 사용자 모드와 커널 모드 간에 전환이 발생하여 시스템에 막대한 성능 오버헤드가 발생합니다.

바이어스 잠금이 꺼지거나 여러 스레드가 바이어스 잠금을 놓고 경쟁하는 경우, 바이어스 잠금은 경량 잠금으로 업그레이드되며 경량 잠금의 획득 및 해제는 CAS를 통해 완료되며 잠금 획득은 a를 통해 발생할 수 있습니다. 특정 수의 자동 잠금을 완료합니다.

Notes

강조해야 할 점: 경량 잠금 장치는 무거운 잠금 장치를 대체하는 데 사용되지 않습니다 원래 의도는 멀티 스레드 경쟁 없이 전통적인 무거운 잠금 장치를 사용하여 발생하는 성능 소모를 줄이는 것입니다. 경량 잠금이 적용되는 시나리오는 스레드가 동기화된 블록을 교대로 실행하는 상황입니다. 여러 스레드가 동시에 액세스하면 경량 잠금이 중량 잠금으로 확장됩니다.

Heavyweight lock

synchronized는 모니터를 사용하여 메서드 동기화 또는 코드 블록 동기화를 구현합니다. monitorenter 및 monitorexit 명령어는 컴파일 후 동기화된 코드 블록의 시작 부분에 삽입됩니다. monitorexit는 메소드와 예외의 끝에 삽입됩니다. 모든 객체에는 연관된 모니터가 있으며, 모니터는 잠긴 상태가 됩니다.

다음 잠금 코드:

public class SynchronizedToMonitorExample {
    public static void main(String[] args) {
        int count = 0;
        synchronized (SynchronizedToMonitorExample.class) {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                count++;
            }
        }
        System.out.println(count);
    }
}

위 코드를 바이트코드로 컴파일한 후 내용은 다음과 같습니다.



위 결과에서 볼 수 있듯이 기본 메소드 Multiple monitorenter 및 monitorexit 명령어가 실행되는 것을 보면, 모니터 모니터 잠금에 의존하여 동기화가 구현되고, 모니터 잠금은 운영체제의 뮤텍스 잠금(Mutex Lock)에 의존하여 잠글 때마다 뮤텍스 잠금을 획득하고 해제하는 것을 볼 수 있습니다. 사용자 모드와 커널 모드 사이의 전환이 발생하여 시스템의 성능 오버헤드가 증가합니다.

위 내용은 Java에서 동기화된 잠금 확장 메커니즘을 구현하는 방법의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!