Java岗面试题--Java并发（日积月累，每日三题）

秒速五厘米 2024-03-26 16:43 5阅读 0赞

#### 目录 ####

*  1. 面试题一：CAS
 *   *  1.1 追问一：CAS有什么缺陷？
     *   *  ABA 问题
 *  2. 面试题二：Synchronized 关键字及锁升级的讲解
 *  3. 面试题三：Synchronized 底层原理
 *  4. 面试题四：如何在项目中使用 synchronized 的？
 *  5. 面试题五：说说 JDK1.6 之后的 synchronized 关键字底层做了哪些优化，可以详细介绍⼀下这些优化吗？

## 1. 面试题一：CAS ##

「CAS」：全称 Compare and swap ，即比较并交换，它是一条 CPU 同步原语。是一种硬件对并发的支持，针对多处理器操作而设计的一种特殊指令，用于管理对共享数据的并发访问，是一种无锁的非阻塞算法的实现。

**CAS 包含了 3 个操作数**：需要读写的内存值 V，旧的预期值 A，要修改的更新值 B；当且仅当 V 的值等于 A 时，CAS 通过原子方式用新值 B 来更新 V 的 值，否则不会执行任何操作（他的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值，如果是则更改为新的值，这个过程是原子的。）

CAS 并发原语体现在 Java 语言中的 sum.misc.Unsafe 类中的各个方法。调用 Unsafe 类中的 CAS 方，JVM 会帮助我们实现出 CAS 汇编指令。这是一种完全依赖于硬件的功能，通过它实现了原子操作。

再次强调，由于 CAS是一种系统原语，原语属于操作系统用于范畴，是由若干条指令组成的，用于完成某个功能的一个过程，并且原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许被中断，CAS 是一条 CPU 的原子指令，不会造成数据不一致问题。

### 1.1 追问一：CAS有什么缺陷？ ###

#### ABA 问题 ####

并发环境下，假设初始条件是 A，去修改数据时，发现是 A 就会执行修改。但是看到的虽然是 A，中间可能发生了 A变 B，B 又变回 A 的情况。此时 A 已经非彼 A，数据即使成功修改，也可能有问题。

具体内容请看之前写的一篇文章，链接如下： 关于AtomicInteger的一些见解&底层分析

[https://blog.csdn.net/weixin\_44129618/article/details/122179929][https_blog.csdn.net_weixin_44129618_article_details_122179929]

## 2. 面试题二：Synchronized 关键字及锁升级的讲解 ##

Synchronized 关键字及锁升级的讲解

[https://blog.csdn.net/weixin\_44129618/article/details/122224157?spm=1001.2014.3001.5502][https_blog.csdn.net_weixin_44129618_article_details_122224157_spm_1001.2014.3001.5502]

synchronized 关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性，synchronized 关键字可以保证被它修饰的方法或者代码块在任意时刻只能有⼀个线程执行。

另外，在 Java 早期版本中，synchronized 属于重量级锁，效率低下，因为监视器锁（monitor）是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock 来实现的，Java 的线程是映射到操作系统的原生线程之上的。如果要挂起或者唤醒⼀个线程，都需要操作系统帮忙完成，而操作系统实现线程之间的切换时需要从⽤户态转换到内核态，这个状态之间的转换需要相对比较长的时间，时间成本相对较⾼，这也是为什么早期的synchronized 效率低的原因。庆幸的是在 JDK6 之后 Java 官方对从 JVM 层面对synchronized 较大优化，所以现在的 synchronized 锁效率也优化得很不错了。JDK6 对锁的实现引入了大量的优化，如自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销。

synchronized 关键字底层原理属于 JVM 层。

## 3. 面试题三：Synchronized 底层原理 ##

**synchronized 修饰同步代码块**

通过 monitorenter 和 monitorexit 指令，其中 monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置 monitorexit 指令则指明同步代码块的结束位置。

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。其内部包含一个计数器，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。

**synchronized 修饰的方法**

并没有 monitorenter 指令和 monitorexit 指令，取得代之的确实是 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。

当方法调用时，调用指令将会检查方法的 ACC\_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程将先获取monitor，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。在方法执行期间，其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象。

## 4. 面试题四：如何在项目中使用 synchronized 的？ ##

![在这里插入图片描述][cc26dcd2a04f40e69b2ad8ed6cfe4c62.png]

synchronized 关键字最主要的三种使用方式：

1.  修饰实例方法：作用于当前对象实例加锁，进⼊同步代码前要获得当前对象实例的锁；
2.  修饰静态方法：作用于当前类对象（class对象）加锁，进⼊同步代码前要获得当前类对象的锁 。也就是给当前类加锁，会作⽤于类的所有对象实例，因为静态成员不属于任何⼀个实例对象，是类成员（static 表明这是该类的⼀个静态资源，不管 new了多少个对象，只有⼀份，所以对该类的所有对象都加了锁）。所以如果⼀个线程 A 调⽤⼀个实例，对象的⾮静态 synchronized ⽅法，⽽线程 B 需要调⽤这个实例对象所属类的静态 synchronized ⽅法，是允许的，不会发⽣互斥现象，因为访问静态 synchronized ⽅法占⽤的锁是当前类的锁，⽽访问⾮静态 synchronized⽅法占⽤的锁是当前实例对象锁；
3.  修饰代码块：指定加锁对象，对给定对象加锁，进⼊同步代码库前要获得给定对象的锁。和 synchronized 方法⼀样，synchronized(this) 代码块也是锁定当前对象的。synchronized 关键字加到 static 静态方法和synchronized(class) 代码块上都是是给 Class 类上锁。这⾥再提⼀下：synchronized 关键字加到非 static 静态发法上是给对象实例上锁。另外需要注意的是：尽量不要使⽤ synchronized(String a) 因为 JVM 中，字符串常量池具有缓冲功能。

**补充：双重校验锁实现单例模式**

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

另外，需要注意 uniqueInstance 采⽤ volatile 关键字修饰也是很有必要。采⽤ volatile 关键字修饰也是很有必要的， uniqueInstance = new Singleton(); 这段代码其实是分为三步执行：

1.  为 uniqueInstance 分配内存空间；
2.  初始化 uniqueInstance；
3.  将 uniqueInstance 指向分配的内存地址

## 5. 面试题五：说说 JDK1.6 之后的 synchronized 关键字底层做了哪些优化，可以详细介绍⼀下这些优化吗？ ##

Synchronized 关键字及锁升级的讲解

[https://blog.csdn.net/weixin\_44129618/article/details/122224157?spm=1001.2014.3001.5502][https_blog.csdn.net_weixin_44129618_article_details_122224157_spm_1001.2014.3001.5502]

[https_blog.csdn.net_weixin_44129618_article_details_122179929]: https://blog.csdn.net/weixin_44129618/article/details/122179929
[https_blog.csdn.net_weixin_44129618_article_details_122224157_spm_1001.2014.3001.5502]: https://blog.csdn.net/weixin_44129618/article/details/122224157?spm=1001.2014.3001.5502
[cc26dcd2a04f40e69b2ad8ed6cfe4c62.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/26/cbdef44b954045babeadee0f07c2ca0f.png