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Java中关于锁的问题

1.java中你知道哪些锁?

  1. 乐观锁/悲观锁
  2. 共享锁/独享锁
  3. 公平锁/非公平锁
  4. 互斥锁/读写锁
  5. 可重入锁
  6. 自旋锁
  7. 分段锁
  8. 偏向锁/轻量级锁/重量级锁

2.说一下乐观锁和悲观锁的区别?

  1. 悲观锁:总是假设最坏的情况,每次去拿数据的时候都认为别人会修改,所以每次在拿数据的时候都会上锁。
    • synchronized、Lock属于悲观锁。
    • Lock有三种实现类:ReentrantLock、ReadLock(读锁)和WriteLock(写锁)。
  2. 乐观锁:总是假设最好的情况,每次去拿数据的时候都认为别人不会修改,所以不会上锁。
  3. CAS属于乐观锁。
  4. 悲观锁适合写操作非常多的场景,乐观锁适合读操作非常多的场景,不加锁会带来大量的性能提升。
  5. 悲观锁对任意记录进行修改前,先尝试为该记录加上排他锁(exclusive locking)。如果加锁失败,说明该记录正在被修改,那么当前查询可能要等待或者抛出异常。如果成功加锁,那么就可以对记录做修改,事务完成后就会解锁了。
  6. 乐观锁不会上锁,在更新时会判断数据有没有被修改,一般会使用“数据版本机制”或“CAS操作”来实现。

3.说一下CAS锁机制?

  1. CAS(Compare and Swap 比较并交换),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。
  2. CAS算法涉及到三个操作数
    • 需要读写的内存位置(V)
    • 进行比较的预期原值(A)
    • 拟写入的新值(B)
  3. 如果内存位置V的值与预期原值A相匹配,那么处理器会自动将该位置值更新为新值B,否则处理器不做任何操作。

4.说一下互斥锁/读写锁?

  1. 上面讲的独享锁/共享锁就是一种广义的说法,互斥锁/读写锁,就是具体的实现。
  2. 一次只能一个线程拥有互斥锁,其他线程只有等待
  3. 互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock。
  4. 读写锁在Java中的具体实现就是ReadWriteLock。

5.说一下偏向锁/轻量级锁/重量级锁?

  1. 这三种锁是指锁状态,并且是针对Synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。
  2. 偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问,那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。
  3. 轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候,被另一个线程所访问,偏向锁就会升级为轻量级锁,其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁,不会阻塞,提高性能。
  4. 重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候,另一个线程虽然是自旋,但自旋不会一直持续下去,当自旋一定次数的时候,还没有获取到锁,就会进入阻塞,该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让他申请的线程进入阻塞,性能降低。

6.说一下公平锁/非公平锁?

  1. 公平锁是指多个线程按照申请锁顺序来获取锁。
  2. 非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁顺序,有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能,会造成优先级反转或者饥饿现象。
  3. 对于Java ReetrantLock而言,通过构造函数指定该锁是否是公平锁,默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。
  4. 对于Synchronized而言,也是一种非公平锁。由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度,所以并没有任何办法使其变成公平锁。

7.说一下分段锁?

  1. 分段锁其实是一种锁的设计,并不是具体的一种锁,对于ConcurrentHashMap而言,其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。
  2. 我们以ConcurrentHashMap来说一下分段锁的含义以及设计思想,ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment,它即类似于HashMap(JDK7和JDK8中HashMap的实现)的结构,即内部拥有一个Entry数组,数组中的每个元素又是一个链表;同时又是一个ReentrantLock(Segment继承了ReentrantLock)。
  3. 当需要put元素的时候,并不是对整个hashmap进行加锁,而是先通过hashcode来知道他要放在哪一个分段中,然后对分段加锁,所以当多线程put的时候,只要不是放在一个分段中,就实现了真正的并行插入。
  4. 但是,在统计size的时候,可就是获取hashmap全局信息的时候,就需要获取所有的分段锁才能统计。
  5. 分段锁的设计目的是细化锁的粒度,当操作不需要更新整个数组的时候,就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。

8.说一下死锁?

  1. Java发生死锁的根本原因是:在申请锁时发生了交叉闭环申请。即线程在获得了锁A并且没有释放的情况下去申请锁B,这时,另一个线程已经获得了锁B,在释放锁B之前又要先获得锁A,因此闭环发生,陷入死锁循环。

9.说一下独享锁/共享锁?

  1. 独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。
  2. 共享锁是指该锁可被多个线程所持有。
  3. 对于Java ReentrantLock(重入锁)而言,其是独享锁。但是对于Lock的另一个实现类ReadWriteLock,其读锁是共享锁,其写锁是独享锁。
  4. 读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的,读写,写读,写写的过程是互斥的。
  5. 独享锁与共享锁也是通过AQS(AbstractQuenedSynchronizer抽象的队列式同步器)来实现的,通过实现不同的方法,来实现独享或者共享。
  6. 对于Synchronized而言,当然是独享锁。

9.说一下自旋锁?

  1. 在Java中,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
  2. 优点是减少线程上下文切换的消耗
  3. 缺点是循环会消耗CPU。

10.说一下对象锁和类锁?

  1. java的对象锁和类锁在锁的概念上基本上和内置锁是一致的,但是,实际区别大
  2. 对象锁是用于对象实例方法,或者一个对象实例上的
  3. 类锁是用于类的静态方法或者一个类的class对象上的。
  4. 我们知道,类的对象实例可以有很多个,但是每个类只有一个class对象,所以不同对象实例的对象锁是互不干扰的,但是每个类只有一个类锁。但是有一点必须注意的是,其实类锁只是一个概念上的东西,并不是真实存在的,它只是用来帮助我们理解锁定实例方法和静态方法的区别的。

11.说一下可重入锁?

  1. 可重入锁又名递归锁,是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候,在进入内层方法会自动获取锁。
  2. 对于Java ReetrantLock而言,从名字就可以看出是一个重入锁,其名字是Re entrant Lock 重新进入锁。
  3. 对于Synchronized而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。

辅助理解:看代码理解课重入锁

synchronized void setA() throws Exception{
   Thread.sleep(1000);
   setB();
 }
 
 synchronized void setB() throws Exception{
   Thread.sleep(1000);
 }

上面的代码就是一个可重入锁的一个特点。如果不是可重入锁的话,setB可能不会被当前线程执行,可能造成死锁。

  • 作者:CZC(关于作者)
  • 发表时间:2024-08-30 10:10
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