【你好面试官】011 Java并发之锁的底层原理详解

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###前言
二蛋几天没有收到面试通知，以为自己已经凉凉，没想到此时再次接到了面试邀请，于是在一个风和日丽的下午，二蛋如约坐在了面试官对面，开始了今天的面试。

面试官：小伙子，咱也不用继续介绍了，你也来了几次了，这次咱就开门见山吧。

###正文

介绍一下什么是锁？

锁是用来控制多个线程访问共享资源的方式，一般来说，一个锁能够防止多个线程同时 访问共享资源（但是有些锁可以允许多个线程并发的访问共享资源，比如读写锁）。在Lock接口出现之前，Java程序是靠synchronized关键字实现锁功能的，而Java SE 5之后，并发包中新增了Lock接口（以及相关实现类）用来实现锁功能，它提供了与synchronized关键字类似的同步功能，只是在使用时需要显式地获取和释放锁。虽然它缺少了（通过synchronized块或者方法所提供的）隐式获取释放锁的便捷性，但是却拥有了锁获取与释放的可操作性、可中断的获取锁以及超时获取锁等多种synchronized关键字所不具备的同步特性。

使用synchronized关键字将会隐式地获取锁，但是它将锁的获取和释放固化了，也就是先获取再释放。当然，这种方式简化了同步的管理，可是扩展性没有显示的锁获取和释放来的好。例如，针对一个场景，手把手进行锁获取和释放，先获得锁A，然后再获取锁B，当锁B获得后，释放锁A同时获取锁C，当锁C获得后，再释放B同时获取锁D，以此类推。这种场景下，synchronized关键字就不那么容易实现了，而使用Lock却容易许多。

Lock是一个接口，它定义了锁获取和释放的基本操作。

锁的底层原理是如何实现的？

锁的实现机制主要依赖于队列同步器，它使用了一个int成员变量表示同步状态，通过内置的FIFO队列来完成资源获取线程的排队工作，能够实现大部分的同步需求。

同步器包含两个节点类型的应用，一个指向头节点，一个指向尾节点，未获取到锁的线程会创建节点线程安全（compareAndSetTail）的加入队列尾部。同步队列遵循FIFO，首节点是获取同步状态成功的节点。

未获取到锁的线程将创建一个节点，设置到尾节点。如下图所示：

首节点的线程在释放锁时，将会唤醒后继节点。而后继节点将会在获取锁成功时将自己设置为首节点。如下图所示：

独占式与响应式锁的获取

• 独占式：有且只有一个线程能获取到锁。
• 共享式：可以多个线程同时获取到锁。

独占式：每个节点自旋观察自己的前一节点是不是Header节点，如果是，就去尝试获取锁。

独占式锁获取流程：

共享式与独占式的区别：

共享锁获取流程：

面试官：嗯，今天的面试就到这里吧，回去好好准备下一次面试吧。

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