Java程序员面试之并发进阶，synchronized、volatile、线程池

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2021-11-17 08:06 241阅读 0赞

本文主要参考Java面试进阶指南（[https://xiaozhuanlan.com/topic/2419358670][https_xiaozhuanlan.com_topic_2419358670]），Synchronized关键字实现原理（[https://blog.csdn.net/weixin\_36759405/article/details/83034386][https_blog.csdn.net_weixin_36759405_article_details_83034386]）

不足之处，欢迎大家批评指正！

本文主要内容：

*  synchronized关键字，使用方式，实现原理，与ReentrantLock的异同
 *  volatile关键字，内存可见性问题，和synchronized的区别
 *  线程池，创建方式，Runnable和Callable的异同，submit和execute方法的区别

### 一、synchronized关键字 ###

1.说说对synchronized关键字的了解

synchronized关键字可以解决多个线程之间访问资源的同步性问题，可以保证它修饰的方法或代码块在任意时刻只能有一个线程执行。

2.如何使用synchronized关键字

(1).修饰代码块：即同步语句块，其作用的范围是大括号\{\}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象。

(2).修饰普通方法：即同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象。

(3).修饰静态方法：其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwNjA4NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

锁的类型：

![aHR0cDovL3VwbG9hZC1pbWFnZXMuamlhbnNodS5pby91cGxvYWRfaW1hZ2VzLzk0NDM2NS0xY2Q1MTc2OTc5ZDRhOWY2LnBuZz9pbWFnZU1vZ3IyL2F1dG8tb3JpZW50L3N0cmlwJTdDaW1hZ2VWaWV3Mi8yL3cvMTI0MA][]

区别：

![aHR0cDovL3VwbG9hZC1pbWFnZXMuamlhbnNodS5pby91cGxvYWRfaW1hZ2VzLzk0NDM2NS03MzgyNTAzMGM3YTExOGZkLnBuZz9pbWFnZU1vZ3IyL2F1dG8tb3JpZW50L3N0cmlwJTdDaW1hZ2VWaWV3Mi8yL3cvMTI0MA][]

使用示例：

/**
     * 对象锁
     */
        public class Test{ 
        // 对象锁：形式1(方法锁) 
        public synchronized void Method1(){ 
            System.out.println("我是对象锁也是方法锁"); 
            try{ 
                Thread.sleep(500); 
            } catch (InterruptedException e){ 
                e.printStackTrace(); 
            } 
     
        } 
     
        // 对象锁：形式2（代码块形式） 
        public void Method2(){ 
            synchronized (this){ 
                System.out.println("我是对象锁"); 
                try{ 
                    Thread.sleep(500); 
                } catch (InterruptedException e){ 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
            } 
     
        } 
     ｝
    
    /**
     * 方法锁（即对象锁中的形式1）
     */
        public synchronized void Method1(){ 
            System.out.println("我是对象锁也是方法锁"); 
            try{ 
                Thread.sleep(500); 
            } catch (InterruptedException e){ 
                e.printStackTrace(); 
            } 
     
        } 
    
    /**
     * 类锁
     */
    public class Test{ 
    　　 // 类锁：形式1 ：锁静态方法
        public static synchronized void Method1(){ 
            System.out.println("我是类锁一号"); 
            try{ 
                Thread.sleep(500); 
            } catch (InterruptedException e){ 
                e.printStackTrace(); 
            } 
     
        } 
     
        // 类锁：形式2 ：锁静态代码块
        public void Method2(){ 
            synchronized (Test.class){ 
                System.out.println("我是类锁二号"); 
                try{ 
                    Thread.sleep(500); 
                } catch (InterruptedException e){ 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
     
            } 
     
        } 
    ｝

3.双重校验锁实现单例模式

public class Singleton {
    
        private volatile static Singleton uniqueInstance;
    
        private Singleton() {
        }
    
        public static Singleton getUniqueInstance() {
           //先判断对象是否已经实例过，没有实例化过才进入加锁代码
            if (uniqueInstance == null) {
                //类对象加锁
                synchronized (Singleton.class) {
                    if (uniqueInstance == null) {
                        uniqueInstance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return uniqueInstance;
        }
    }

4.介绍synchronized实现原理

JVM 是通过进入、退出对象监视器(Monitor) 来实现对方法、同步块的同步的，而对象监视器的本质依赖于底层操作系统的 互斥锁(Mutex Lock) 实现。

(1).synchronized同步语句块

public class Test {
    	public static void main(String[] args) {
    	    synchronized (Test.class){
    	        System.out.println("Synchronize");
    	    }
    	}
    }

生成字节码文件后，使用javap -c Test查看具体信息：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwNjA4NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

同步代码块的入口处和出口处分别有monitorenter和monitorexit指令。当执行 monitorenter 指令时，线程试图获取锁也就是获取 monitor(monitor对象存在于每个Java对象的对象头中，synchronized 锁便是通过这种方式获取锁的，也是为什么Java中任意对象可以作为锁的原因) 的持有权。当计数器为0则可以成功获取，获取后将锁计数器设为1也就是加1。相应的在执行 monitorexit 指令后，将锁计数器设为0，表明锁被释放。如果获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞等待，直到锁被另外一个线程释放为止。

(2).synchronized修饰方法

public class Test2 {
        public synchronized void method() {
            System.out.println("synchronized 方法");
        }
    }

生成字节码文件后，执行javap -c -s -v -l Test.class命令

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwNjA4NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

在synchronized修饰方法时是添加`ACC_SYNCHRONIZED`标识，该标识指明了该方法是一个同步方法，JVM通过该`ACC_SYNCHRONIZED`访问标志来辨别一个方法是否声明为同步方法，从而执行相应的同步调用。

(3).synchronized的特点

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwNjA4NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

5.JDK1.6之后对synchronozed关键字的优化

JDK1.6 对锁的实现引入了大量的优化，如偏向锁、轻量级锁、自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化等技术来减少锁操作的开销。锁主要存在四种状态，依次是：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态，他们会随着竞争的激烈而逐渐升级。注意锁可以升级不可降级，这种策略是为了提高获得锁和释放锁的效率。

6.syschronized和ReentrantLock的异同

(1).二者都是可重入锁，可重入锁概念参考[https://blog.csdn.net/u012545728/article/details/80843595][https_blog.csdn.net_u012545728_article_details_80843595]

(2).synchronized 依赖于 JVM 而 ReentrantLock 依赖于 API：synchronized是托管给JVM实现，并没有直接暴露给我们。ReentrantLockshi JDK层面的实现，可以查看源代码。

(3).ReentrantLock 比 synchronized 增加了一些高级功能

等待可中断：ReentrantLock提供了一种能够中断等待锁的线程的机制，通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。也就是说正在等待的线程可以选择放弃等待，改为处理其他事情。

可实现公平锁：ReentrantLock可以指定是公平锁还是非公平锁。而synchronized只能是非公平锁。所谓的公平锁就是先等待的线程先获得锁。 ReentrantLock默认情况是非公平的，可以通过 ReentrantLock类的`ReentrantLock(boolean fair)`构造方法来制定是否是公平的。

可绑定多个Conditon对象：可以分开处理wait-notify，ReentrantLock里的Conition应用，在线程调度上更加灵活。

(4).如何选择

如果synchronized关键字适合你的程序，优先使用它。

如果需要Lock/Condition结构提供的独有特性，才使用它。

### 二、volatile关键字 ###

1.简述Java内存模型

在当前的 Java 内存模型下，线程可以把变量保存本地内存比如机器的寄存器）中，而不是直接在主存中进行读写。这就可能造成一个线程在主存中修改了一个变量的值，而另外一个线程还继续使用它在寄存器中的变量值的拷贝，造成数据的不一致。

![20190730171002563.png][]

将变量声明为volatile后，保证内存的可见性，每次直接从主存中读取数据：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwNjA4NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

2.synchronized和volatile的异同？

volatile关键字是线程同步的轻量级实现，性能优于synchronized，但volatile只能修饰变量。

volatile只能保证数据的可见性，不能保证数据的原子性。

volatile不会发生阻塞，synchronized可能发生阻塞。

volatile解决的是变量在多线程之间的可见性问题，synchronized解决的多线程间资源同步性问题。

### 三.线程池 ###

1.为何使用线程池

降低资源消耗**：** 通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。

提高响应速度： 当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。

提高线程的可管理性 ：线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

2.实现Runnable接口和Callable接口的区别

线程池执行任务的话需要实现的 Runnable 接口或 Callable 接口。 Runnable 接口或 Callable 接口实现类都可以被 ThreadPoolExecutor 或 ScheduledThreadPoolExecutor 执行。两者的区别在于 Runnable 接口不会返回结果但是 Callable 接口可以返回结果。

3.执行 execute() 方法和 submit() 方法的区别？

`execute()` 方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功与否；

`submit()` 方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个 Future 类型的对象，通过这个 Future 对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过 future 的 get() 方法来获取返回值，get() 方法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用 `get（long timeout，TimeUnit unit）`方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完。

4.创建线程池的方法

(1).通过构造方法实现

![aHR0cHM6Ly9pbWFnZXMueGlhb3podWFubGFuLmNvbS9waG90by8yMDE5Lzc3NjA3ODRiMWY1ZDY0MjUyMDJmY2M1MGNhYTk4YWRiLnBuZw][]

参数解释：

*  int corePoolSize：该线程池中核心线程数最大值
 *  int maximumPoolSize： 该线程池中线程总数最大值
 *  long keepAliveTime：该线程池中非核心线程闲置超时时长
 *  BlockingQueue workQueue：该线程池中的任务队列：维护着等待执行的Runnable对象

*  ThreadFactory threadFactory：创建线程的方式
 *  RejectedExecutionHandler handler： 当提交任务数超过maxmumPoolSize+workQueue之和时，任务会交给RejectedExecutionHandler来处理

(2).通过 Executor 框架的工具类 Executors 来实现

*  FixedThreadPool ： 该方法返回一个固定线程数量的线程池。该线程池中的线程数量始终不变。当有一个新的任务提交时，线程池中若有空闲线程，则立即执行。若没有，则新的任务会被暂存在一个任务队列中，待有线程空闲时，便处理在任务队列中的任务。
 *  SingleThreadExecutor： 方法返回一个只有一个线程的线程池。若多余一个任务被提交到该线程池，任务会被保存在一个任务队列中，待线程空闲，按先入先出的顺序执行队列中的任务。
 *  CachedThreadPool： 该方法返回一个可根据实际情况调整线程数量的线程池。线程池的线程数量不确定，但若有空闲线程可以复用，则会优先使用可复用的线程。若所有线程均在工作，又有新的任务提交，则会创建新的线程处理任务。所有线程在当前任务执行完毕后，将返回线程池进行复用。

[https_xiaozhuanlan.com_topic_2419358670]: https://xiaozhuanlan.com/topic/2419358670
[https_blog.csdn.net_weixin_36759405_article_details_83034386]: https://blog.csdn.net/weixin_36759405/article/details/83034386
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