Bagaimana untuk melaksanakan mekanisme pengembangan kunci yang disegerakkan di Jawa

disegerakkan

Dalam JDK 1.5, disegerakkan perlu memanggil kunci monitor (Monitor) untuk dilaksanakan, dan kunci monitor pada asasnya bergantung pada lapisan bawah Ia dilaksanakan oleh Mutex Lock sistem pengendalian (mutex lock). pada pelaksanaan Mutex Lock sistem pengendalian dipanggil "kunci berat".

Apakah mod pengguna dan mod kernel?

Mod Pengguna: Apabila proses melaksanakan kod pengguna sendiri, ia dikatakan berada dalam keadaan berjalan pengguna. Mod Kernel: Apabila tugas (proses) melaksanakan panggilan sistem dan terperangkap dalam kod kernel, kami mengatakan bahawa proses itu berada dalam keadaan kernel berjalan Pada masa ini, pemproses sedang melaksanakan dalam kod kernel dengan tahap keistimewaan tertinggi .

Mengapa kita dibahagikan kepada mod kernel dan mod pengguna?

Dengan mengandaikan bahawa tiada perbezaan antara mod kernel dan mod pengguna, atur cara boleh membaca dan menulis sumber perkakasan sesuka hati, seperti membaca, menulis dan memperuntukkan memori sesuka hati, jika pengaturcara secara tidak sengaja menulis kandungan yang tidak sesuai ke tempat yang tidak sepatutnya Jika ditulis, ia berkemungkinan menyebabkan sistem ranap.

Dengan perbezaan antara mod pengguna dan mod kernel, program akan melakukan beberapa siri pengesahan dan pemeriksaan apabila melakukan operasi Hanya selepas mengesahkan bahawa tiada masalah boleh ia mengendalikan sumber secara normal, supaya ia tidak akan Saya bimbang tentang merosakkan sistem secara tidak sengaja, iaitu Perbezaan antara mod kernel dan mod pengguna boleh menjadikan program berjalan dengan lebih selamat, tetapi pada masa yang sama menukar antara kedua-dua mod akan menyebabkan overhed prestasi tertentu.

Peluasan kunci

Dalam JDK 1.6, untuk menyelesaikan penggunaan prestasi yang disebabkan oleh memperoleh dan melepaskan kunci, keadaan "kunci berat sebelah" dan "kunci ringan" telah diperkenalkan , terdapat sejumlah 4 keadaan yang disegerakkan pada masa ini:

• Tiada kunci

• Kunci bias

• Kunci ringan

• Kunci heavyweight

Tahap kunci dinaik taraf mengikut susunan yang dinyatakan di atas Proses ini dipanggil "pengembangan kunci".

PS: Setakat ini, peningkatan kunci adalah sehala, bermakna ia hanya boleh dinaik taraf dari rendah ke tinggi (tiada kunci-> ; Kunci berat sebelah-> kunci ringan->

Mengapa pengembangan kunci boleh mengoptimumkan prestasi disegerakkan? Apabila kita memahami keadaan kunci ini, kita akan mempunyai jawapannya. Mari kita lihat bersama-sama.

Kunci berat sebelah

Pengarang HotSpot mendapati melalui penyelidikan dan amalan bahawa dalam kebanyakan kes, tiada persaingan berbilang benang untuk kunci, dan ia sentiasa diperoleh berbilang kali oleh benang yang sama. Untuk membolehkan benang mendapatkan kunci Kosnya lebih rendah, jadi kunci berat sebelah diperkenalkan.

Penguncian Pisahkan bermakna ia akan memihak kepada utas pertama untuk mengakses kunci Jika hanya satu utas mengakses kunci penyegerakan semasa operasi, maka tidak akan ada perbalahan berbilang utas . Dalam kes ini, kunci bias akan ditambahkan pada benang.

Proses pelaksanaan kunci berat sebelah

Apabila thread mengakses blok kod disegerakkan dan memperoleh kunci, ID thread bias kunci akan disimpan dalam Mark Word pengepala objek, dan ID benang akan disimpan apabila benang masuk dan keluar dari blok yang disegerakkan daripada mengunci dan membuka kunci melalui operasi CAS, ia mengesan sama ada kunci bias yang menghala ke utas semasa disimpan dalam Mark Word Jika ID benang dalam Mark Word adalah konsisten dengan ID utas yang diakses, anda boleh terus memasukkan blok penyegerakan untuk membuat kod, jika ID utas berbeza, gunakan CAS untuk cuba memperoleh kunci Jika pemerolehan berjaya, masukkan blok disegerakkan untuk melaksanakan kod , status kunci akan dinaik taraf kepada kunci ringan.

Kelebihan kunci berat sebelah

Kunci berat sebelah direka untuk meminimumkan penukaran kunci yang tidak perlu tanpa persaingan berbilang benang, kerana pemerolehan dan pelepasan kunci bergantung pada arahan atom CAS berkali-kali dan kunci berat sebelah sahaja perlu melaksanakan arahan atom CAS sekali apabila menggantikan ID benang.

Mark Word Extended Knowledge: Memory Layout

Dalam mesin maya HotSpot, susun atur objek yang disimpan dalam ingatan boleh dibahagikan kepada 3 kawasan berikut:

• Pengepala

• Data Instance

• Padding Penjajaran

Pengepala objek juga mengandungi:

• Mark Word (medan tanda): Maklumat kunci bias kami disimpan di kawasan ini .

• Penunjuk Kelas (Penunjuk objek kelas)

Susun atur objek dalam ingatan adalah seperti berikut:

Dalam JDK 1.6, penguncian berat sebelah didayakan secara lalai Anda boleh melumpuhkan penguncian berat sebelah melalui perintah "-XX:-UseBiasedLocking=false".

Kunci ringan

Tujuan memperkenalkan kunci ringan adalah untuk mengurangkan penggunaan kunci kelas berat tradisional dalam sistem pengendalian Mutex Lock (mutex lock) tanpa persaingan berbilang benang penggunaan yang disebabkan oleh kunci. Jika anda menggunakan Mutex Lock, setiap operasi memperoleh dan melepaskan kunci akan menyebabkan pertukaran antara mod pengguna dan mod kernel, yang akan menyebabkan overhed prestasi yang besar untuk sistem.

Apabila kunci pincang dimatikan atau beberapa utas bersaing untuk kunci pincang, kunci pincang akan dinaik taraf kepada kunci ringan Pemerolehan dan pelepasan kunci ringan diselesaikan melalui CAS, dan pemerolehan kunci. mungkin melalui Sebilangan putaran tertentu untuk diselesaikan.

Nota

Perlu ditekankan: Kunci ringan tidak digunakan untuk menggantikan kunci kelas berat Tujuan asalnya adalah untuk menggunakannya tanpa persaingan pelbagai benang , Kurangkan penggunaan prestasi yang disebabkan oleh penggunaan kunci heavyweight tradisional. Senario yang disesuaikan dengan kunci ringan ialah situasi di mana utas secara bergilir-gilir melaksanakan blok yang disegerakkan Jika beberapa utas mengaksesnya pada masa yang sama, kunci ringan akan berkembang menjadi kunci kelas berat.

Kunci berat

disegerakkan bergantung pada monitor untuk melaksanakan penyegerakan kaedah atau penyegerakan blok kod dilaksanakan menggunakan arahan monitorenter dan monitorexit dimasukkan pada permulaan blok kod yang disegerakkan, dan monitorexit dimasukkan pada penghujung kaedah dan pengecualian mana-mana objek mempunyai Monitor yang dikaitkan dengannya Apabila Monitor dipegang, ia akan berada dalam keadaan terkunci.

Kod penguncian berikut:

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);
    }
}

Apabila kami menyusun kod di atas ke dalam bytecode, kandungannya adalah seperti berikut:

Seperti yang dapat dilihat daripada keputusan di atas, terdapat beberapa arahan monitorenter dan monitorexit dalam pelaksanaan kaedah utama Ia dapat dilihat bahawa disegerakkan dilaksanakan dengan bergantung pada kunci monitor Monitor. dan Kunci monitor bergantung pada kunci mutex sistem pengendalian (Kunci Mutex Setiap kali kunci mutex diperoleh dan dilepaskan, ia akan menyebabkan pertukaran antara mod pengguna dan mod kernel, yang meningkatkan overhed prestasi sistem).

Atas ialah kandungan terperinci Bagaimana untuk melaksanakan mekanisme pengembangan kunci yang disegerakkan di Jawa. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!