Java 面试知识点【背诵版 240题 约7w字】 (21)

锁降级中读锁的获取是必要的,这是为了保证数据可见性,如果当前线程不获取读锁而直接释放写锁,假设此刻另一个线程 A 获取写锁修改了数据,当前线程无法感知线程 A 的数据更新。如果当前线程获取读锁,遵循锁降级的步骤,A 将被阻塞,直到当前线程使用数据并释放读锁之后,线程 A 才能获取写锁进行数据更新。

Q13:AQS 了解吗?

AQS 队列同步器是用来构建锁或其他同步组件的基础框架,它使用一个 volatile int state 变量作为共享资源,如果线程获取资源失败,则进入同步队列等待;如果获取成功就执行临界区代码,释放资源时会通知同步队列中的等待线程。

同步器的主要使用方式是继承,子类通过继承同步器并实现它的抽象方法来管理同步状态,对同步状态进行更改需要使用同步器提供的 3个方法 getState、setState 和 compareAndSetState ,它们保证状态改变是安全的。子类推荐被定义为自定义同步组件的静态内部类,同步器自身没有实现任何同步接口,它仅仅定义若干同步状态获取和释放的方法,同步器既支持独占式也支持共享式。

同步器是实现锁的关键,在锁的实现中聚合同步器,利用同步器实现锁的语义。锁面向使用者,定义了使用者与锁交互的接口,隐藏实现细节;同步器面向锁的实现者,简化了锁的实现方式,屏蔽了同步状态管理、线程排队、等待与唤醒等底层操作。

每当有新线程请求资源时都会进入一个等待队列,只有当持有锁的线程释放锁资源后该线程才能持有资源。等待队列通过双向链表实现,线程被封装在链表的 Node 节点中,Node 的等待状态包括:CANCELLED(线程已取消)、SIGNAL(线程需要唤醒)、CONDITION (线程正在等待)、PROPAGATE(后继节点会传播唤醒操作,只在共享模式下起作用)。

Q14:AQS 有哪两种模式?

独占模式表示锁只会被一个线程占用,其他线程必须等到持有锁的线程释放锁后才能获取锁,同一时间只能有一个线程获取到锁。

共享模式表示多个线程获取同一个锁有可能成功,ReadLock 就采用共享模式。

独占模式通过 acquire 和 release 方法获取和释放锁,共享模式通过 acquireShared 和 releaseShared 方法获取和释放锁。

Q15:AQS 独占式获取/释放锁的原理?

获取同步状态时,调用 acquire 方法,维护一个同步队列,使用 tryAcquire 方法安全地获取线程同步状态,获取失败的线程会被构造同步节点并通过 addWaiter 方法加入到同步队列的尾部,在队列中自旋。之后调用 acquireQueued 方法使得该节点以死循环的方式获取同步状态,如果获取不到则阻塞,被阻塞线程的唤醒主要依靠前驱节点的出队或被中断实现,移出队列或停止自旋的条件是前驱节点是头结点且成功获取了同步状态。

释放同步状态时,同步器调用 tryRelease 方法释放同步状态,然后调用 unparkSuccessor 方法唤醒头节点的后继节点,使后继节点重新尝试获取同步状态。

Q16:为什么只有前驱节点是头节点时才能尝试获取同步状态?

头节点是成功获取到同步状态的节点,后继节点的线程被唤醒后需要检查自己的前驱节点是否是头节点。

目的是维护同步队列的 FIFO 原则,节点和节点在循环检查的过程中基本不通信,而是简单判断自己的前驱是否为头节点,这样就使节点的释放规则符合 FIFO,并且也便于对过早通知的处理,过早通知指前驱节点不是头节点的线程由于中断被唤醒。

Q17:AQS 共享式式获取/释放锁的原理?

获取同步状态时,调用 acquireShared 方法,该方法调用 tryAcquireShared 方法尝试获取同步状态,返回值为 int 类型,返回值不小于于 0 表示能获取同步状态。因此在共享式获取锁的自旋过程中,成功获取同步状态并退出自旋的条件就是该方法的返回值不小于0。

释放同步状态时,调用 releaseShared 方法,释放后会唤醒后续处于等待状态的节点。它和独占式的区别在于 tryReleaseShared 方法必须确保同步状态安全释放,通过循环 CAS 保证,因为释放同步状态的操作会同时来自多个线程。

线程 13 Q1:线程的生命周期有哪些状态?

NEW:新建状态,线程被创建且未启动,此时还未调用 start 方法。

RUNNABLE:Java 将操作系统中的就绪和运行两种状态统称为 RUNNABLE,此时线程有可能在等待时间片,也有可能在执行。

BLOCKED:阻塞状态,可能由于锁被其他线程占用、调用了 sleep 或 join 方法、执行了 wait方法等。

WAITING:等待状态,该状态线程不会被分配 CPU 时间片,需要其他线程通知或中断。可能由于调用了无参的 wait 和 join 方法。

TIME_WAITING:限期等待状态,可以在指定时间内自行返回。导可能由于调用了带参的 wait 和 join 方法。

TERMINATED:终止状态,表示当前线程已执行完毕或异常退出。

Q2:线程的创建方式有哪些?

① 继承 Thread 类并重写 run 方法。实现简单,但不符合里氏替换原则,不可以继承其他类。

② 实现 Runnable 接口并重写 run 方法。避免了单继承局限性,编程更加灵活,实现解耦。

③实现 Callable 接口并重写 call 方法。可以获取线程执行结果的返回值,并且可以抛出异常。

Q3:线程有哪些方法?

① sleep 方***导致当前线程进入休眠状态,与 wait 不同的是该方法不会释放锁资源,进入的是 TIMED-WAITING 状态。

② yiled 方法使当前线程让出 CPU 时间片给优先级相同或更高的线程,回到 RUNNABLE 状态,与其他线程一起重新竞争CPU时间片。

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