偏向锁和自旋锁？

<think>我们正在讨论偏向锁和自旋锁的区别及应用场景。根据引用内容： - 偏向锁：适用于无竞争或同一线程多次获取锁的场景，通过减少同步操作提升性能。 - 自旋锁：在锁被占用时，线程不立即阻塞而是循环等待（自旋），避免线程切换开销，适用于锁占用时间短的场景。 现在，我将整理两者的对比表格，然后分别解释其原理、区别和适用场景，最后给出代码示例和选择建议。</think>### Java并发编程中偏向锁与自旋锁的区别及应用场景 #### 一、核心区别对比 | **特性** | **偏向锁 (Biased Locking)** | **自旋锁 (Spin Lock)** | |-------------------|-----------------------------------------------|-------------------------------------------| | **优化目标** | 减少无竞争时的锁获取开销 | 减少线程阻塞/唤醒开销 | | **工作原理** | 记录第一个获取锁的线程ID，后续直接访问[^1] | 循环检测锁状态（while循环）[^2] | | **锁状态** | 属于对象头Mark Word的特殊状态 | 无特定状态，是一种等待策略 | | **升级路径** | 无竞争→偏向锁→轻量级锁→重量级锁 | 不改变锁状态，是重量级锁的等待策略 | | **适用场景** | 单线程重复获取锁的场景 | 锁持有时间极短（<纳秒级）的场景 | | **资源消耗** | 几乎零开销（无CAS操作） | CPU占用高（空转消耗CPU周期） | | **JDK版本** | Java 6+ | 所有版本 | | **禁用方式** | `-XX:-UseBiasedLocking` | `-XX:+PreBlockSpin`（调整自旋次数） | #### 二、实现原理详解 1. **偏向锁工作原理** ```mermaid graph LR A[线程首次获取锁] --> B[对象头记录线程ID] B --> C[进入偏向模式] C --> D{同一线程再次请求} D -->|是| E[直接访问无需同步] D -->|否| F[升级为轻量级锁] ``` - 通过对象头Mark Word存储线程ID（23位）和epoch（2位） - 同一线程再次获取锁时跳过CAS操作[^1] 2. **自旋锁实现机制** ```java // 伪代码实现 while (!tryAcquireLock()) { // 空循环消耗CPU周期 int spinCount = 0; while (spinCount++ < MAX_SPINS && !lockAvailable()) { // 空转等待 } // 超过自旋上限后加入等待队列 enqueue(currentThread); } ``` - 默认自旋次数：JDK 6前固定10次，JDK 6+启用自适应自旋（JVM动态调整） #### 三、适用场景对比 | **场景类型** | **推荐锁类型** | **原因说明** | |---------------------------|----------------|----------------------------------------------| | 单线程重复操作（如初始化）| 偏向锁 | 避免无谓的CAS操作开销[^1] | | 短时同步块（<10ns） | 自旋锁 | 避免线程切换开销（约5-10μs）[^2] | | 高并发读写（如缓存） | 自旋锁 | 减少上下文切换提升吞吐量 | | 长时间临界区（>1ms） | 禁用自旋锁 | 防止CPU空转浪费资源 | | 线程竞争激烈场景 | 禁用偏向锁 | 锁撤销开销 > 优化收益（默认开启）[^1] | #### 四、代码示例分析 ```java // 偏向锁优势场景 public class Singleton { private static Singleton instance; public synchronized static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); // 初始化后偏向锁生效 } return instance; // 后续调用直接访问 } } // 自旋锁适用场景 AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0); void increment() { int current; do { current = counter.get(); // 自旋直到CAS成功（适用于高并发计数） } while (!counter.compareAndSet(current, current + 1)); } ``` #### 五、最佳实践建议 1. **启用偏向锁的条件** - 确定单线程主导场景（如事件分发线程） - 添加JVM参数：`-XX:BiasedLockingStartupDelay=0`（禁用4秒延迟） 2. **自旋锁调优策略** ```bash # 调整自旋参数（JDK 6+） -XX:PreBlockSpin=20 # 设置最大自旋次数 -XX:+UseSpinning # 显式启用自旋 ``` 3. **场景化选择指南** | **场景** | **推荐方案** | |---------------------------|----------------------------| | 单线程循环访问 | 偏向锁 | | 微秒级操作（计数器） | CAS自旋 + Atomic类 | | 毫秒级操作（数据库连接） | 重量级锁 + 阻塞队列 | | 不可预测的竞争 | 禁用偏向锁（默认） | > **性能陷阱**：在容器环境（如Docker）中，偏向锁可能因线程ID复用导致性能下降，需通过`-XX:-UseBiasedLocking`显式禁用。 #### 六、锁升级流程 ```mermaid graph TB A[无锁状态] -->|线程首次获取| B[偏向锁] B -->|其他线程竞争| C[轻量级锁] C -->|自旋失败/长时间等待| D[重量级锁] D -->|线程阻塞| E[操作系统调度] ``` ---