本文主要是介绍面试 Java 并发编程八股文十问十答第十五期，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
面试 Java 并发编程八股文十问十答第十五期
作者：程序员小白条，个人博客
相信看了本文后，对你的面试是有一定帮助的！关注专栏后就能收到持续更新！
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1）什么是锁的自适应自旋？
在多线程编程中，当一个线程试图获取一个被其他线程持有的锁时，它可能会发生阻塞，等待锁被释放。在一些情况下，等待锁的时间很短，此时采用自旋等待可能更有效率。自旋等待是指线程在尝试获取锁时不会立即进入阻塞状态，而是会反复检查锁是否可用，这样可以减少线程从用户态到内核态的切换开销。
自适应自旋是一种锁优化技术，它根据锁的历史获取情况动态地调整自旋等待的策略。如果锁的获取频率较低，那么自旋等待的时间可以适当延长，以减少线程阻塞和唤醒的开销；反之，如果锁的获取频率较高，那么自旋等待的时间应该相对较短，以减少不必要的自旋消耗。
2）锁如何优化？
锁的优化是提高多线程程序性能的重要手段之一。锁的优化技术可以分为减少锁粒度、减少锁持有时间、锁分离、锁消除等多种方法。具体来说：
- 减少锁粒度：尽量将锁的范围缩小到最小，避免在不同线程间共享同一个锁，这样可以减少锁竞争的可能性，提高并发性能。
- 减少锁持有时间：尽量缩短线程持有锁的时间，以减少其他线程等待锁的时间。这可以通过将耗时的操作移到锁外部来实现，或者使用读写锁等更细粒度的锁。
- 锁分离：将多个互不相关的资源分别加锁，避免一个锁影响其他资源的并发访问。
- 锁消除：在编译器层面检测到某些锁不可能存在竞争的情况下，可以将这些锁消除掉，以减少锁的开销。
- 自适应自旋：根据锁的使用情况动态地调整自旋等待的策略，以减少不必要的线程阻塞和唤醒开销。
3）ReentrantLock 的原理？
ReentrantLock 是 Java 中 java.util.concurrent 包提供的一种可重入锁实现。它的原理主要基于 Java 中的 Lock 接口，使用了底层的 AbstractQueuedSynchronizer (AQS) 来管理锁的获取与释放。
ReentrantLock 支持可重入特性，即同一个线程可以多次获取同一把锁，而不会造成死锁。这是通过维护一个持有锁的线程和持有计数的机制来实现的。每个线程持有一个 ThreadLocal 变量，记录了当前线程持有锁的次数。当一个线程多次获取锁时，只需简单地增加持有计数即可。在释放锁时，持有计数减少，直到为零时锁才被完全释放。
ReentrantLock 的底层是基于 AQS 的同步器实现的。AQS 使用一个 state 变量表示同步状态，当 state 为 0 时表示没有线程持有锁，当 state 大于 0 时表示有线程持有锁。通过 state 的状态来实现线程的阻塞和唤醒，以及锁的获取和释放操作。ReentrantLock 在 AQS 的基础上实现了可重入特性，并提供了更多的功能，如公平锁和非公平锁的支持，以及可中断锁等。
4）说说 AQS 吧？
AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是 Java 中用于构建锁和其他同步器的基础框架。它提供了一种简单且强大的机制来构建同步器，使得开发者可以实现各种自定义的同步器，比如互斥锁、信号量、倒计时器等。AQS 的核心思想是基于队列的同步器，通过一个先进先出的等待队列来管理线程的排队和唤醒。
AQS 主要包含两种类型的方法：
- 独占模式方法：用于实现独占锁，即只有一个线程能够获取到锁。这些方法包括
acquire()、release()等。 - 共享模式方法：用于实现共享锁，即多个线程可以同时获取到锁。这些方法包括
acquireShared()、releaseShared()等。
AQS 的核心数据结构是一个整型的 state 变量，用于表示同步状态。通过操作 state 变量来实现线程的排队和唤醒，以及锁的获取和释放。
AQS 的实现基于模板方法模式，开发者需要继承 AbstractQueuedSynchronizer 类，并实现特定的方法来定义自己的同步器。常见的使用场景包括 ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch 等。
5）读写锁知道不?
读写锁是一种特殊的锁机制，允许多个线程同时读取共享资源，但在写操作时会阻塞其他线程的读和写操作，以确保数据的一致性。读写锁分为读锁和写锁两种模式：
- 读锁（共享锁）：多个线程可以同时获取读锁，并发读取共享资源，不会阻塞其他读取操作。但是如果有线程持有写锁，则其他线程无法获取读锁，防止读操作与写操作发生冲突。
- 写锁（独占锁）：写锁是独占的，只有一个线程可以获取写锁，其他线程无法获取读锁或写锁。当有线程持有写锁时，其他线程无法进行读操作或写操作，直到写锁被释放。
读写锁适用于读操作频繁、写操作较少的场景，通过允许多个线程同时读取共享资源，可以提高系统的并发性能。
Java 中提供了 ReentrantReadWriteLock 类来实现读写锁，它是 ReentrantLock 的扩展，同时支持读锁和写锁的功能。
6）CAS 知道不？
CAS（Compare and Swap）是一种原子操作，用于实现多线程环境下的非阻塞算法。它主要用于解决并发环境下的共享数据的更新操作，比如自旋锁、无锁数据结构等。
CAS 操作包括三个参数：要操作的内存位置（通常是一个变量的内存地址）、预期值（即当前内存位置的值）、新值。它的执行过程是先比较内存位置的值是否等于预期值，如果相等，则将内存位置的值更新为新值；如果不相等，则不做任何操作。整个过程是原子的，即在任何时刻只有一个线程能够成功执行 CAS 操作。
CAS 操作通常结合循环重试来使用，如果 CAS 操作失败（即内存位置的值不等于预期值），则重试整个 CAS 操作，直到成功为止。这种方式避免了传统锁机制中的阻塞和唤醒操作，提高了并发性能。
Java 中的 java.util.concurrent.atomic 包提供了一系列原子类，如 AtomicInteger、AtomicLong 等，底层使用了 CAS 操作来实现线程安全的原子操作。
7）什么是 JMM ？
JMM（Java Memory Model）是 Java 内存模型的简称。它定义了 Java 程序中多线程之间的内存访问规则，确保多线程环境下的内存访问操作能够正确地进行同步和交互。
JMM 主要关注以下几个方面：
- 线程之间的可见性：确保一个线程对共享变量的修改对其他线程可见。
- 操作的有序性：指令在执行过程中的顺序保证。
- 原子性：确保一个操作在执行过程中不会被中断，要么全部执行完成，要么完全不执行。
JMM 通过一系列规则和约束来定义这些行为，以保证多线程程序的正确性和可靠性。
8）说说原子性、可见性、有序性？
- 原子性：指一个操作是不可分割的，要么全部执行成功，要么全部不执行，不存在中间状态。比如对一个整型变量的赋值操作，要么完全执行成功，要么完全不执行。
- 可见性：指当一个线程修改了共享变量的值后，其他线程能够立即看到这个修改。在多核处理器或多处理器系统中，每个线程有自己的缓存，可见性保证了一个线程对共享变量的修改对其他线程是可见的。
- 有序性：指程序执行的顺序与代码编写的顺序一致，或者与预期的顺序一致。在多线程环境中，由于指令重排等因素，可能会导致代码的执行顺序与预期不符，有序性保证了指令的执行顺序符合预期。
9）happens-before 听过吗？
“happens-before” 是 Java 内存模型中的概念，用于描述两个操作之间的执行顺序关系。如果一个操作 “happens-before” 另一个操作，则前一个操作的执行结果对后一个操作是可见的。
“happens-before” 关系的几种情况包括：
- 一个线程中的每个操作 “happens-before” 于该线程中的任何后续操作。
- 对一个
volatile字段的写操作 “happens-before” 于后续对该字段的读操作。 - 对
Monitor锁的解锁 “happens-before” 于后续对同一锁的加锁。
这种关系保证了程序的有序性和可见性，确保多线程环境下的正确性。
10）指令重排知道吗？
指令重排是指处理器或编译器为了提高指令执行效率而对指令的执行顺序进行优化调整的一种技术。在单线程环境下，指令重排不会对程序的执行结果产生影响，因为最终的执行结果是一致的。但在多线程环境下，指令重排可能会导致程序出现意外结果或者异常行为。
指令重排可能会影响到程序的可见性和有序性，因为它可能会改变代码中操作的执行顺序。为了解决这个问题，Java 内存模型提供了 “happens-before” 的概念，用于约束指令重排的执行顺序，保证多线程环境下的程序行为符合预期。
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