Java 锁 面试题(ReentrantLock、synchronized)

Java 锁 面试题(ReentrantLock、synchronized)

  • 1. 锁
  • 2. ReentrantLock
    • 2.1 ReentrantLock 的实现原理
    • 2.2 AQS 是什么?
    • 2.3 CAS 是什么?
  • 3. synchronized
  • 3.1 synchronized 的实现原理
    • 3.2 synchronized 的锁升级过程
      • 3.2.1 无锁
      • 3.2.2 偏向锁
      • 3.2.3 轻量级锁
      • 3.2.4 重量级锁
      • 3.2.5 自旋锁
    • 3.2 synchronized 和 volatile 的区别
  • 4. synchronized和ReentrantLock的区别
    • 4.1 什么是可重入锁?
    • 4.2 什么是乐观锁和悲观锁?(简要回答)
    • 4.3 什么是自旋锁?(简要回答)
    • 4.4 什么是公平锁和非公平锁?(简要回答)
    • 4.5 什么是死锁?如何避免(简要回答)




1. 锁

常用和锁、线程安全相关的工具:synchronized、ReentrantLock、AtomicInteger、AtomicLong、CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet、ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet

2. ReentrantLock

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2.1 ReentrantLock 的实现原理

ReentrantLock 是基于 AQS(AbstractQueuedSynchronizer)实现的,AQS 是一个用于构建锁和同步器的框架,使用 AQS 能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器,比如常用的 ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、ReentrantReadWriteLock、ThreadPoolExecutor 等。

2.2 AQS 是什么?

AQS 内部维护了一个 volatile int state 和一个 FIFO 队列,state 用于表示同步状态,FIFO 队列用于存放获取同步状态失败的线程。

2.3 CAS 是什么?

CAS(Compare And Swap)是一种无锁算法,当多个线程尝试使用 CAS 同时更新同一个变量时,只有其中一个线程能更新变量的值,而其它线程都失败,失败的线程并不会被挂起,而是被告知这次竞争中失败,并可以再次尝试。

3. synchronized

3.1 synchronized 的实现原理

Java 中的对象监视器(monitor)实现的。每个对象都有一个 monitor,monitor 可以和任意个线程关联,线程可以通过调用对象的 wait() 和 notify() 方法来与 monitor 进行交互。

线程执行 wait() :会让自己进入 monitor 的等待队列,并且释放 monitor 上的所有锁。

线程执行 notify() :会从等待队列中随机选择一个线程,并将其唤醒,被唤醒的线程则进入 monitor 的锁定队列,等待获取 monitor 上的锁。当线程执行完毕退出 synchronized 代码块时,会释放 monitor 上的所有锁,此时被唤醒的线程可以获取 monitor 上的锁,继续执行。

3.2 synchronized 的锁升级过程

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synchronized 的锁升级过程分为四个阶段:无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。

简述升级过程:
无锁

偏向锁:当一个线程访问同步块并获取锁时,如果该同步块没有被锁定,那么该线程会尝试获取该同步块的偏向锁,并将对象头中的 Mark Word 设置为偏向锁。如果该同步块已经被其他线程锁定,那么该线程会尝试获取该同步块的轻量级锁。

轻量级锁:当一个线程尝试获取一个同步块的锁时,如果该同步块没有被锁定,那么该线程会尝试获取该同步块的轻量级锁,并将对象头中的 Mark Word 设置为指向线程栈帧的指针。如果该同步块已经被其他线程锁定,那么该线程会尝试获取该同步块的重量级锁。

重量级锁:当一个线程尝试获取一个同步块的锁时,如果该同步块已经被其他线程锁定,那么该线程会进入阻塞状态,直到该同步块的锁被释放。在重量级锁的实现中,JVM 会将对象的 Mark Word 指向一个互斥量,从而实现线程的阻塞和唤醒。

3.2.1 无锁

无锁状态下,线程可以随意进入临界区,不需要进行任何同步操作。

3.2.2 偏向锁

偏向锁(只使用于没有竞争的场景下),如果一个现场获取了锁,在未来的一段时间内,该线程可能在此获取这个锁,JVM会偏向于这个线程。

3.2.3 轻量级锁

轻量级锁(只使用于没有竞争的场景下),如果一个现场获取了锁,在未来的一段时间内,该线程可能在此获取这个锁,JVM会偏向于这个线程。

3.2.4 重量级锁

重量级锁(只使用于有竞争的场景下),如果一个现场获取了锁,在未来的一段时间内,该线程可能在此获取这个锁,JVM会偏向于这个线程。

3.2.5 自旋锁

自旋锁是指当一个线程尝试获取某个锁时,如果该锁已被其他线程占用,就一直循环等待,直到该锁被释放为止,线程不会被挂起,而是处于忙等状态,因此自旋锁一般适用于锁保护的临界区比较小的情况。

3.2 synchronized 和 volatile 的区别

synchronized 用于保证同一时间只有一个线程可以访问被 synchronized 修饰的代码,而 volatile 用于保证多个线程之间对变量的可见性。

4. synchronized和ReentrantLock的区别

  1. synchronized是Java关键字,ReentrantLock是类
  2. synchronized相比,ReentrantLock提供了一些高级功能,主要有以下三项:
    1. 等待可中断,持有锁的线程长期不释放的时候,正在等待的线程可以选择放弃等待,这相当于synchronized来说可以避免出现死锁的情况
    2. 公平锁,多个线程等待同一个锁时,必须按照申请锁的时间顺序获得锁,synchronized锁非公平锁,ReentrantLock默认的构造函数是创建的非公平锁,可以通过传入true创建公平锁
    3. 锁绑定多个条件,一个ReentrantLock对象可以同时绑定多个Condition对象
  3. synchronized会自动释放锁,ReentrantLock需要手动释放锁,如果不释放锁,就有可能导致死锁

4.1 什么是可重入锁?

可重入锁是指同一个线程可以多次获得同一把锁,而不会被阻塞。ReentrantLock和synchronized都是可重入锁。

4.2 什么是乐观锁和悲观锁?(简要回答)

概念,具体实现方式有很多种。
乐观锁认为数据一般不会造成冲突,所以不会上锁,而悲观锁认为数据一般会造成冲突,所以会上锁。

4.3 什么是自旋锁?(简要回答)

自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞,而是采用循环的方式去尝试获取锁,这样的好处是减少线程上下文切换的消耗,缺点是循环会消耗CPU。

4.4 什么是公平锁和非公平锁?(简要回答)

公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁,非公平锁是非顺序的,非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。

4.5 什么是死锁?如何避免(简要回答)

死锁是指两个或者两个以上的线程在执行过程中,因争夺资源而造成的一种互相等待的现象,若无外力作用,这些线程都将无法推进下去。
避免死锁的方法:

  1. 设置超时时间
  2. 死锁检测tryLock






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