《Java面试题集中营》- Java 锁

2024-07-14 08:33:51 浏览数 (2)

《Java并发编程的艺术》、《Java并发编程之美》

乐观锁和悲观锁

两者原本是数据库中的概念，但Java锁中也有类似的思想。

乐观锁：认为数据在一般情况下不会造成冲突，在访问记录前不会加排他锁，而是在进行数据提交更新时，才会对数据冲突与否进行检测

悲观锁：认为数据很容易被其他线程修改，在处理数据前就加锁，并在整个数据处理过程中数据都处于锁定状态

公平锁、非公平锁

公平锁：根据线程请求锁的顺序来获取锁 非公平锁：抢占式获取锁

什么是死锁

具备以下4个条件就会产生死锁：

  • 互斥条件：指线程对已经获取到的资源进行排它性使用，即该资源同时只由一个线程占用。如果此时还有其他线程请求获取该资源，则请求者只能等待，直至占有资源的线程释放该资源
  • 请求并持有条件：指一个线程已经持有了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而新的资源已被其他线程占有，所以当前线程会被阻塞，但阻塞的同时并不释放自己已经获取的资源
  • 不可剥夺条件：指线程获取到的资源在自己使用完之前不能被其他线程抢占，只有在自己使用完毕后才由自己释放该资源
  • 循环等待：发生死锁的时候，必然存在一个（线程-资源）的环形链，即线程一在等待线程二占用的资源，线程二在等待线程三等待的资源…

例如：

代码语言：javascript复制
public class DeadLock {

    private static Object obj = new Object();
    private static Object obj2 = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            System.out.println("线程1，开始获取obj1锁");
            synchronized (obj) {
                System.out.println("线程1，获取obj1锁成功");
                System.out.println("线程1，开始获取obj2锁");
                //休眠让两个线程都获取到对应的锁
                sleep(1);
                synchronized (obj2) {
                    System.out.println("线程1，获取obj2锁成功");

                }
            }
        });
        t.start();

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            System.out.println("线程2，开始获取obj2锁");
            synchronized (obj2) {
                System.out.println("线程2，获取obj2锁成功");
                System.out.println("线程2，开始获取obj1锁");
                sleep(1);
                synchronized (obj) {
                    System.out.println("线程2，获取obj1锁成功");
                }
            }
        });
        t2.start();
        t2.join();
    }

    public static void sleep(long second){
        try {
            Thread.sleep(second * 1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
如何 避免死锁

使线程按照指定的顺序获取锁，并释放锁

代码语言：javascript复制
Thread 1:
  lock A 
  lock B

Thread 2:
   wait for A
   lock C (when A locked)

Thread 3:
   wait for A
   wait for B
   wait for C

设置获取锁超时时间，超过时间，自动放弃获取锁，并释放已经持有的锁，使用lock.tryLock(timeount)代替synchronized

避免一个线程同时获取多个锁

什么是活锁

活锁也是一种死锁，死锁的话，所有线程都处于阻塞状态，活锁是由于某些条件没有满足，导致一直重复尝试，但有可能自行解开，比如设置了重试次数限制，或者超时时间

sleep 、wait、yield的区别

sleep：

  • 让当前线程休眠指定时间
  • 不释放锁资源
  • 可通过调用interrupt()方法来唤醒休眠线程

wait：

  • 让当前线程进入等待状态，当其他线程调用notify或者notifyAll方法时，当前线程进入就绪状态
  • 当前线程会释放已获取的锁资源，并进入等待队列
  • 只能在synchronized中使用

yield：

  • 让出线程当前的CPU执行时间，当前线程进入就绪状态,不阻塞当前线程，只是让同优先级或者更高优先级的线程优先执行
  • 线程下次调度时依旧有可能执行到
什么是虚假唤醒？如何避免

https://blog.csdn.net/LuckyBug007/article/details/70053669

wait(),notify()源码分析：https://www.jianshu.com/p/f4454164c017

Synchronized原理

Synchronized可以修饰普通方法、同步方法块、静态方法； 普通方法锁是当前实例对象

静态方法锁是当前类的Class对象

同步方法块锁是Synchonized配置的对象； 用的锁是存在对象头里的,根据mark word的锁状态来判断锁，如果锁只被同一个线程持有使用的是偏向锁，不同线程互相交替持有锁使用轻量级锁，多线程竞争使用重量级锁。锁会按偏向锁->轻量级锁->重量级锁 升级，称为锁膨胀 https://github.com/farmerjohngit/myblog/issues/12

synchronized和Lock的区别
  1. synchronized 是Java内置关键字，Lock是Java类
  2. synchronized 无法显式的判断是否获取锁的状态，Lock可以判断是否获取到锁
  3. synchronized 会自动释放锁，Lock需要在finally中手工释放锁
  4. synchronized 不同线程获取锁只有一个线程能获取成功，其他线程会一直阻塞直到获取锁，Lock有阻塞锁，也有非阻塞锁，阻塞锁还有尝试设置，功能更强
  5. synchronized 可重入，不可中断，非公平，Lock锁可重入，可判断，有公平锁，非公平锁
  6. Lock锁适合大量同步代码的同步问题，synchronized锁适合代码少量的同步问题
synchronized 可重入是怎么实现的

可重入是指：当一个线程持有一个锁对象之后，再次去获取同一个锁时能够成功获取。

因为synchronized使用的是锁对象，当某个线程第一次持有锁后，会修改锁对象的mark word锁状态为偏向锁，偏向锁会在当前线程的栈帧中建立一个锁记录空间，mark word会将指针指向栈中的锁记录。当线程再次获取锁对象的时候，会检查mark word 中的指针是否指向当前线程的栈帧，如果是就直接获取锁，如果不是就需要竞争

ReentrantLock可重入性怎么实现的？

由于ReentrantLock是通过AQS来实现的，其使用了AQS的state状态值来表示线程获取该锁的可重入次数，默认情况下state为0表示当前锁没有被任何线程持有，当一个线程获取该锁时会尝试使用CAS设置state值为1，如果CAS设置成功则当前线程获取了该锁，然后记录该锁的持有者为当前线程，在该线程没有释放锁的情况下第二次获取该锁后，状态值被设置2，这就是可以重入次数，在释放锁的时候，需要通过CAS将状态值减1，直到状态值为0，表示当前线程释放该锁

非公平锁和公平锁在ReetrantLock里的实现过程是怎样的

如果一个锁是公平的，那么锁的获取顺序就应该符合请求的绝对时间顺序，FIFO。

对于非公平锁，只要CAS设置同步状态成功，则表示当前线程获取了锁，而公平锁还需要判断当前节点是否有前驱节点，如果有，则表示有线程比当前线程更早请求获取锁，因此需要等待前驱线程获取并释放锁之后才能继续获取锁。

自旋锁、自适应自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁、偏向锁、重量级锁概念

自旋锁：开启线程执行一个忙循环，直到需要更新的值为期待值为止 自适应自旋：自旋时间不再固定，由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者状态来决定，比如在同一个锁对象上，自旋等待刚刚成功获得过锁，并且持有锁的线程正在运行中，那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功，进而它将自旋等待更长时间，以期望成功获取锁，如果很少成功获得过锁，那很可能会忽略掉自旋过程，以避免CPU资源浪费。 锁消除：JIT在运行时，对一些代码上要求同步，但是被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行消除 锁粗化：如果虚拟机探测到有一串零碎的操作都对同一个对象加锁，将会把加锁同步的范围扩展到整个序列的外部 轻量级锁：加锁是通过同步对象的对象头进行操作的，首先会在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录的空间，存储锁对象目前的Mark Word拷贝，会加Displaced前缀，然后通过CAS尝试将对象的Mark Word更新为指向Lock Record的指针，如果成功，就获得了该对象的锁，如果失败，会检查Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果是就说明已经获得了锁，如果没有就说明有其他线程抢占，轻量锁就会膨胀成重量级锁；解锁也是通过CAS来操作，就是将Mark Word 替换为原来的值 偏向锁：锁偏向于第一个获得它的线程，如果在接下来的执行过程中，该锁没有被其他的线程获取，则持有偏向锁的线程将永远不需要再同步。-XX: UseBiasedLocking 开启偏向锁

重量级锁：也叫互斥锁，一种悲观锁，会阻塞线程，通过对象内部的monitor锁来实现，monitor锁依赖底层操作系统的MutexLock互斥锁来实现

AbstractQueuedSynchronizer的作用

抽象同步队列简称AQS,是实现同步器的基础组件，并发包中的锁都是基于其实现的，关键是先进先出的队列，state状态，并且定义了 ConditionObject ,拥有两种线程模式，独占模式和共享模式

  • AQS核心思想 如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制使用CLH队列实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中 CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列（虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点之间的关联关系）。AQS是将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点（Node）来实现锁的分配, 并保持了上下节点，当前请求资源的线程
JDK8新增的锁

StampedLock 提供了三种模式的读写控制，当调用获取锁的系列函数时，会返回一个long型变量，支持在一定条件下三种模式的相互转换 写锁writeLock: 一个排它锁或者独占锁，并且写锁不可重入 悲观读锁readLock: 共享锁，在没有线程独占获取写锁的情况下，多个线程可以同时获取该锁，如果已经有其他线程持有写锁，则其他线程请求读锁会被阻塞 乐观读锁tryOptimisticRead: 在操作数据前并没有通过CAS设置锁的状态，仅通过位运算测试

坚持专研Java，一条路走到黑。持续更新地址 语雀：https://www.yuque.com/itsaysay/mzsmvg GitHub: https://github.com/jujunchen/Java-interview-question

java 队列 对象 同步 线程

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