java基础面试题（一）

1.知道synchronized原理么？

synchronized是java提供的原子性内置锁，这种内置的并且使用者看不到的锁被陈伟监视器锁。使用synchronized之后，会在编译之后在同步代码块前后添加monitorenter和monitorexit字节码指令，依赖操作系统底层互斥锁的实现，作用是实现原子性操作和解决共享变量的内存可见性问题。

执行monitorenter指令时会尝试获取对象锁，如果对象没有被锁定或者已经获取了锁，锁的计数器+1，此时其他竞争所的线程会进入等待队列中。

执行monitorexit 会把计数器-1,当计数器值为0 ，则锁释放，处于等待队列中的线程再继续竞争锁，

synchronized是排他锁，当一个线程获取锁之后，其他线程必须等待该线程释放锁之后才能获得锁，由于java中的线程和操作系统原生线程是一一对应的，线程被阻塞或者唤醒时，会从用户态切换到内核态，这种操作会非常消耗性能

从内存语义来说，加锁的过程就是清除工作内存中的共享变量，再从主内存读取，释放锁的过程则是将工作内存中的共享变量写回主内存

synchroinzed实际上有两个队列一个entryList 一个waitSet 当有多个线程进入同步代码块中首先会进入entrylist，一个线程获取到锁就会赋值给当前线程并且计数器加1，如果线程调用了wait方法将释放锁，当前线程置为null，计数器-1，同事进入waitSet等待被唤醒，调用notify或者notifyAll之后又会进入entryList竞争锁

如果线程执行完毕，同样释放锁，计数器-1当前线程置为null

2.锁优化机制了解么？

synchronized本身也在不断优化锁机制，有些情况下并不是一个很重量级的锁，锁优化机制包括自适应锁，自旋锁，锁消除，锁粗话，轻量级锁，偏向锁。

锁的状态从低到高依次为无锁，偏向锁，轻量级锁，重量级锁。

自旋锁，由于大部分时间，锁被占用的时间很短，共享变量锁定的时间也很短，所以没有表挂起线程，用户态和内核态来回上下文切换严重影响型内，资源的概念就是让线程执行一个空循环，可以理解就是啥也不干，防止从用浒苔转入内核态，自旋锁通过设置-XX +UseSpining来来气，自旋的默认次数是10次，可以使用-XX：PreBlockSpin设置

自适应锁，自适应锁就是自适应的自旋锁，自选的时间不固定，而是由前一个再同一个锁上的自旋时间和锁的持有者状态来决定的

锁消除 指的是jvm检测到了一些同步的代码块，完全不存在数据竞争的场景，也就是不需要加锁，就会进行锁消除

锁粗话 指的是由很多操作都是对同一个对象进行加锁，就会把锁的同步返回扩展到整个操作序列之外

偏向锁 当线程访问同步块获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储偏向锁的线程ID，之后这个线程再次进入同步块时都不需要CAS来加锁和解锁了，偏向锁会永远偏向第一个获得锁的线程，如果后续没有其他线程获得过这个锁，持有锁的线程就永远不需要进行同步，反之，当有其他线程竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程就会释放偏向锁，可以用过设置-XX +UseBiasedLocking开始偏向锁

轻量级锁 JVM的对象头中包含有一些锁的标志位，代码进入同步块的时候，JVM将会使用CAS方式来尝试获取锁，如果更新成功则会把对象头中的状态标记为轻量级锁，如果更新失败，当前线程就尝试自旋来获得锁

偏向锁就是通过对象头的偏向线程ID来对比，甚至都不需要CAS了，而轻量级锁主要就是通过CAS修改对象头锁记录和自旋来实现，重量级锁则是除了拥有锁的线程其他全部阻塞。

进入同步代码块 mark world是否是偏向锁，不是 cas替换线程id,cas是否成功？如果没成功，撤销偏向锁，暂停持有偏向锁线程，持有偏向锁线程是否退出同步代码，如果没有 升级轻量级锁，当前线程栈帧创建锁记录空间，并将mark word 复制到所空间，cas修改mark word 将值替换为指向锁记录的指针，cas是否成功 是就是轻量级锁，否，自旋，是否获取的锁，没有获得锁 升级为重量级锁。

3.对象头具体都包含哪些内容？

1.对象头

2.实例数据

3.对其填充

而对象头包含两部分内容，Mark word中的内容会随着锁标志位而发生变化，所以之说数据结构就好了，

1.对象自身运行时所需要的数据，也被称为Mark Word 也就是用于轻量级锁和偏向锁的关键点，具体的内容包含对象的hashcode，分代年龄，轻量级锁指针，重量级锁指针，GC标记，偏向锁线程ID，偏向锁时间戳。

2.存储类型指针，也就是指向类的元数据的指针，通过这个指针才能确定对象是属于哪个类的实例。如果是数组的话，则还包含了数组的长度。

4.对于加锁，那再说下ReentrantLock原理？他和synchronized有什么区别？

 

相比于synchronized，ReentrantLock需要显式的获取锁和释放锁，相对现在基本都是用JDK7和JDK8的版本，ReentrantLock的效率和synchronized区别基本可以持平了。他们的主要区别有以下几点：

1. 等待可中断，当持有锁的线程长时间不释放锁的时候，等待中的线程可以选择放弃等待，转而处理其他的任务。

2. 公平锁：synchronized和ReentrantLock默认都是非公平锁，但是ReentrantLock可以通过构造函数传参改变。只不过使用公平锁的话会导致性能急剧下降。

3. 绑定多个条件：ReentrantLock可以同时绑定多个Condition条件对象。

ReentrantLock基于AQS(AbstractQueuedSynchronizer 抽象队列同步器)实现。别说了，我知道问题了，AQS原理我来讲。

5.AQS原理

 AQS内部维护一个state状态位，尝试加锁的时候通过CAS(CompareAndSwap)修改值，如果成功设置为1，并且把当前线程ID赋值，则代表加锁成功，一旦获取到锁，其他的线程将会被阻塞进入阻塞队列自旋，获得锁的线程释放锁的时候将会唤醒阻塞队列中的线程，释放锁的时候则会把state重新置为0，同时当前线程ID置为空

 

6.cas原理

CAS叫做CompareAndSwap，比较并交换，主要是通过处理器的指令来保证操作的原子性，它包含三个操作数：

1. 变量内存地址，V表示

2. 旧的预期值，A表示

3. 准备设置的新值，B表示

当执行CAS指令时，只有当V等于A时，才会用B去更新V的值，否则就不会执行更新操作。

CAS的缺点

ABA问题： ABA的问题指的是在CAS更新的过程中，当读取到的值是A，然后准备赋值的时候仍然是A，但是实际上有可能A的值被改成了B，然后又被改回了A，这个CAS更新的漏洞就叫做ABA。只是ABA的问题大部分场景下都不影响并发的最终效果。

Java中有AtomicStampedReference来解决这个问题，他加入了预期标志和更新后标志两个字段，更新时不光检查值，还要检查当前的标志是否等于预期标志，全部相等的话才会更新。

循环时间长开销大：自旋CAS的方式如果长时间不成功，会给CPU带来很大的开销。

只能保证一个共享变量的原子操作：只对一个共享变量操作可以保证原子性，但是多个则不行，多个可以通过AtomicReference来处理或者使用锁synchronized实现。

7.hashMap原理

hashMap主要由数组和链表组成，他不是线程安全的，核心的点就是put插入数据的过程，get查询数据以及扩容的方式，JDK1.7和1.8的主要在于头插还是尾插，头插容易导致HashMap链表死循环，并且1.8之后加入红黑树对性能有提升。

put插入数据流程

往map插入元素的时候首先通过对key hash 然后与数据长度-1进行与进行运算（n-1）&hash,都是2的次幂所以等同于取模，但是位运算的效率更高，找到数组中的未知之后，如果数据中没有元素，直接存入，繁殖判断key是否相同，key相同就覆盖，否则就会插入到链表的尾部，如果链表的长度超过8，则会转换成红黑树，最后判断数组长度是否超过的长度*负载因子也就是12，超过则进行扩容

ConcurrentHashmap在jdk1.7和1.8的搬动改动比较大，1.7使用的Segment+HashEntry分段锁的方式实现，1.8则抛弃了Segment 改为使用CAS+synchronized+Node实现，同样也加入了红黑树，避免链表过长导致性能问题

1.7分段锁

从结构上说，1.7版本的ConcurrentHashMap采用分段锁机制，里面包含一个Segment数组，Segment集成ReentrantLock，Segment则包含HashEntry的数组，HashEntry本身就是一个链表的结构，具有保存key.value的能力能指向下一个节点的指针。

实际上就是相当于每个Segment都是一个HashMap，默认的Segment长度是16也就是16个线程的并发写，Segment之间相互不会受到影响。

put流程 其实发现整个流程和HashMap非常类似，只不过是先定位到具体的Segment，然后通过ReentrantLock去操作而已。

1.8CAS+synchronized

1.8抛弃分段锁，转为用CAS+synchronized来实现，同样HashEntry改为node,也加入红黑树的实现，主要还是看put的流程

 

 8.volatile原理

相比synchroinzed的枷锁方式来解决共享变量的内存可见性问题，volatile就是更轻量的选择，他没有上下文切换的额外开销成本，使用volatile生命的变量，可以确保值被更新的时候，对其他线程可见。volatile使用内存屏障来保证不会发生指令重排，解决了内存可见性的问题。线程都是从主内存中读取共享变量到工作内存来操作，完成之后再把结果写回主内存，但是这样就会带来可见性问题，

9.线程池原理

当我们提交任务，线程池会根据corePoolSize大小创建若干任务数据数量线程执行任务

当任务的数量超过corePoolSize数量，后续的任务将会进入阻塞队列阻塞排队

当阻塞队列满了之后，那么将会继续创建maximumPoolSize的数量的线程来执行任务，如果任务处理完成maximumPoolSize-corePoolSize额外创建的线程等待keepAliveTime之后被自动销毁

如果达到maximumPoolSize 阻塞队列还是满的状态，那么将更具不同的拒绝策略对应处理。