面试 Java 并发编程八股文十问十答第十五期

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。