Java 面试知识点【背诵版 240题 约7w字】 (18)

在旧的内存模型中,虽然不允许 volatile 变量间重排序,但允许 volatile 变量与普通变量重排序,可能导致内存不可见问题。JSR-133 严格限制编译器和处理器对 volatile 变量与普通变量的重排序,确保 volatile 的写-读和锁的释放-获取具有相同的内存语义。

Q8:final 可以保证可见性吗?

final 可以保证可见性,被 final 修饰的字段在构造方法中一旦被初始化完成,并且构造方法没有把 this 引用传递出去,在其他线程中就能看见 final 字段值。

在旧的 JMM 中,一个严重缺陷是线程可能看到 final 值改变。比如一个线程看到一个 int 类型 final 值为 0,此时该值是未初始化前的零值,一段时间后该值被某线程初始化,再去读这个 final 值会发现值变为 1。

为修复该漏洞,JSR-133 为 final 域增加重排序规则:只要对象是正确构造的(被构造对象的引用在构造方法中没有逸出),那么不需要使用同步就可以保证任意线程都能看到这个 final 域初始化后的值。

写 final 域重排序规则

禁止把 final 域的写重排序到构造方法之外,编译器会在 final 域的写后,构造方法的 return 前,插入一个 Store Store 屏障。确保在对象引用为任意线程可见之前,对象的 final 域已经初始化过。

读 final 域重排序规则

在一个线程中,初次读对象引用和初次读该对象包含的 final 域,JMM 禁止处理器重排序这两个操作。编译器在读 final 域操作的前面插入一个 Load Load 屏障,确保在读一个对象的 final 域前一定会先读包含这个 final 域的对象引用。

锁 17 Q1:谈一谈 synchronized

每个 Java 对象都有一个关联的 monitor,使用 synchronized 时 JVM 会根据使用环境找到对象的 monitor,根据 monitor 的状态进行加解锁的判断。如果成功加锁就成为该 monitor 的唯一持有者,monitor 在被释放前不能再被其他线程获取。

同步代码块使用 monitorenter 和 monitorexit 这两个字节码指令获取和释放 monitor。这两个字节码指令都需要一个引用类型的参数指明要锁定和解锁的对象,对于同步普通方法,锁是当前实例对象;对于静态同步方法,锁是当前类的 Class 对象;对于同步方法块,锁是 synchronized 括号里的对象。

执行 monitorenter 指令时,首先尝试获取对象锁。如果这个对象没有被锁定,或当前线程已经持有锁,就把锁的计数器加 1,执行 monitorexit 指令时会将锁计数器减 1。一旦计数器为 0 锁随即就被释放。

例如有两个线程 A、B 竞争 monitor,当 A 竞争到锁时会将 monitor 中的 owner 设置为 A,把 B 阻塞并放到等待资源的 ContentionList 队列。ContentionList 中的部分线程会进入 EntryList,EntryList 中的线程会被指定为 OnDeck 竞争候选者,如果获得了锁资源将进入 Owner 状态,释放锁后进入 !Owner 状态。被阻塞的线程会进入 WaitSet。

被 synchronized 修饰的同步块对一条线程来说是可重入的,并且同步块在持有锁的线程释放锁前会阻塞其他线程进入。从执行成本的角度看,持有锁是一个重量级的操作。Java 线程是映射到操作系统的内核线程上的,如果要阻塞或唤醒一条线程,需要操作系统帮忙完成,不可避免用户态到核心态的转换。

不公平的原因

所有收到锁请求的线程首先自旋,如果通过自旋也没有获取锁将被放入 ContentionList,该做法对于已经进入队列的线程不公平。

为了防止 ContentionList 尾部的元素被大量线程进行 CAS 访问影响性能,Owner 线程会在释放锁时将 ContentionList 的部分线程移动到 EntryList 并指定某个线程为 OnDeck 线程,该行为叫做竞争切换,牺牲了公平性但提高了性能。

Q2:锁优化有哪些策略?

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