Java 面试知识点【背诵版 240题 约7w字】 (20)

偏向锁的优点是加解锁不需要额外消耗,和执行非同步方法比仅存在纳秒级差距,缺点是如果存在锁竞争会带来额外锁撤销的消耗,适用只有一个线程访问同步代码块的场景。

轻量级锁的优点是竞争线程不阻塞,程序响应速度快,缺点是如果线程始终得不到锁会自旋消耗 CPU,适用追求响应时间、同步代码块执行快的场景。

重量级锁的优点是线程竞争不使用自旋不消耗CPU,缺点是线程会阻塞,响应时间慢,适应追求吞吐量、同步代码块执行慢的场景。

Q10:Lock 和 synchronized 有什么区别?

Lock 接是 juc 包的顶层接口,基于Lock 接口,用户能够以非块结构来实现互斥同步,摆脱了语言特性束缚,在类库层面实现同步。Lock 并未用到 synchronized,而是利用了 volatile 的可见性。

重入锁 ReentrantLock 是 Lock 最常见的实现,与 synchronized 一样可重入,不过它增加了一些高级功能:

**等待可中断: **持有锁的线程长期不释放锁时,正在等待的线程可以选择放弃等待而处理其他事情。

公平锁: 公平锁指多个线程在等待同一个锁时,必须按照申请锁的顺序来依次获得锁,而非公平锁不保证这一点,在锁被释放时,任何线程都有机会获得锁。synchronized 是非公平的,ReentrantLock 在默认情况下是非公平的,可以通过构造方法指定公平锁。一旦使用了公平锁,性能会急剧下降,影响吞吐量。

锁绑定多个条件: 一个 ReentrantLock 可以同时绑定多个 Condition。synchronized 中锁对象的 wait 跟 notify 可以实现一个隐含条件,如果要和多个条件关联就不得不额外添加锁,而 ReentrantLock 可以多次调用 newCondition 创建多个条件。

一般优先考虑使用 synchronized:① synchronized 是语法层面的同步,足够简单。② Lock 必须确保在 finally 中释放锁,否则一旦抛出异常有可能永远不会释放锁。使用 synchronized 可以由 JVM 来确保即使出现异常锁也能正常释放。③ 尽管 JDK5 时 ReentrantLock 的性能优于 synchronized,但在 JDK6 进行锁优化后二者的性能基本持平。从长远来看 JVM 更容易针对synchronized 优化,因为 JVM 可以在线程和对象的元数据中记录 synchronized 中锁的相关信息,而使用 Lock 的话 JVM 很难得知具体哪些锁对象是由特定线程持有的。

Q11:ReentrantLock 的可重入是怎么实现的?

以非公平锁为例,通过 nonfairTryAcquire 方法获取锁,该方法增加了再次获取同步状态的处理逻辑:判断当前线程是否为获取锁的线程来决定获取是否成功,如果是获取锁的线程再次请求则将同步状态值增加并返回 true,表示获取同步状态成功。

成功获取锁的线程再次获取锁将增加同步状态值,释放同步状态时将减少同步状态值。如果锁被获取了 n 次,那么前 n-1 次 tryRelease 方法必须都返回 fasle,只有同步状态完全释放才能返回 true,该方法将同步状态是否为 0 作为最终释放条件,释放时将占有线程设置为null 并返回 true。

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,而公平锁则不同。公平锁使用 tryAcquire 方法,该方法与nonfairTryAcquire 的唯一区别就是判断条件中多了对同步队列中当前节点是否有前驱节点的判断,如果该方法返回 true 表示有线程比当前线程更早请求锁,因此需要等待前驱线程获取并释放锁后才能获取锁。

Q12:什么是读写锁?

ReentrantLock 是排他锁,同一时刻只允许一个线程访问,读写锁在同一时刻允许多个读线程访问,在写线程访问时,所有的读写线程均阻塞。读写锁维护了一个读锁和一个写锁,通过分离读写锁使并发性相比排他锁有了很大提升。

读写锁依赖 AQS 来实现同步功能,读写状态就是其同步器的同步状态。读写锁的自定义同步器需要在同步状态,即一个 int 变量上维护多个读线程和一个写线程的状态。读写锁将变量切分成了两个部分,高 16 位表示读,低 16 位表示写。

写锁是可重入排他锁,如果当前线程已经获得了写锁则增加写状态,如果当前线程在获取写锁时,读锁已经被获取或者该线程不是已经获得写锁的线程则进入等待。写锁的释放与 ReentrantLock 的释放类似,每次释放减少写状态,当写状态为 0 时表示写锁已被释放。

读锁是可重入共享锁,能够被多个线程同时获取,在没有其他写线程访问时,读锁总会被成功获取。如果当前线程已经获取了读锁,则增加读状态。如果当前线程在获取读锁时,写锁已被其他线程获取则进入等待。读锁每次释放会减少读状态,减少的值是(1<<16),读锁的释放是线程安全的。

锁降级指把持住当前拥有的写锁,再获取读锁,随后释放先前拥有的写锁。

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