面試題1：說一下你對ReentrantLock的理解？

ReentrantLock是JDK1.5引入的，它擁有與synchronized相同的并發(fā)性和內(nèi)存語義，并提供了超出synchonized的其他高級功能(例如，中斷鎖等候、條件變量等)，并且使用ReentrantLock比synchronized能獲得更好的可伸縮性。

ReentrantLock主要利用： CAS(compare-and-swap) + AQS(AbstractQueuedSynchronizer)隊列來實現(xiàn)。它支持公平鎖和非公平鎖，兩者的實現(xiàn)類似。

CAS：

CAS（compare-and-swap），見名知意，比較并交換。CAS 加 volatile 關(guān)鍵字是實現(xiàn)并發(fā)包的基石。沒有CAS就不會有并發(fā)包，synchronized是一種獨占鎖、悲觀鎖，java.util.concurrent中借助了CAS指令實現(xiàn)了一種區(qū)別于synchronized的一種樂觀鎖。

CAS引用了樂觀鎖思想，每次拿數(shù)據(jù)的時候都認為別的線程不會修改這個數(shù)據(jù)，所以不會上鎖，但是在更新的時候會通過標記參數(shù)判斷一下在此期間（更新期間）別的線程有沒有已經(jīng)修改過該標記數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)有其他線程在修改且未修改完成，并不會像悲觀鎖那樣阻塞線程，而是直接返回，可以去選擇再次重試獲得鎖，也可以直接退出。

舉個流程示例

如CAS操作包括三個操作數(shù)：需要讀寫的內(nèi)存位置(V)、預期原值(A)、新值(B)。如果內(nèi)存位置與預期原值的A相匹配，說明在此期間（更新期間）別的線程未修改過該標記數(shù)據(jù)，那么將內(nèi)存位置的值更新為新值B。如果內(nèi)存位置與預期原值的值不匹配，那么處理器不會做任何操作。

無論哪種情況，它都會在 CAS 指令之前返回該位置的值。（在 CAS 的一些特殊情況下將僅返回 CAS 是否成功，而不提取當前值。）

AQS:

AQS主要利用硬件原語指令CAS，來實現(xiàn)輕量級多線程同步機制，并且不會引起CPU上文切換和調(diào)度，同時提供內(nèi)存可見性和原子化更新保證(線程安全的三要素：原子性、可見性、順序性)。

AQS的本質(zhì)上是一個同步器/阻塞鎖的基礎框架，其作用主要是提供加鎖、釋放鎖，并在內(nèi)部維護一個FIFO等待隊列，用于存儲由于鎖競爭而阻塞的線程。

追問1：你認為 ReentrantLock 相比 synchronized 都有哪些區(qū)別？

優(yōu)秀問答摘自：https://ask.csdn.net/questions/1101634

兩者的共同點：

• 都是用來協(xié)調(diào)多線程對共享對象、變量的訪問
• 都是可重入鎖，同一線程可以多次獲得同一個鎖
• 都保證了可見性和互斥性

兩者的不同點：

• ReentrantLock 顯示的獲得、釋放鎖，synchronized 隱式獲得釋放鎖；
• ReentrantLock 可響應中斷、可輪回，synchronized 是不可以響應中斷的，為處理鎖的不可用性提供了更高的靈活性；
• ReentrantLock 是API 級別的，synchronized 是 JVM 級別的；
• ReentrantLock 可以實現(xiàn)公平鎖；
• ReentrantLock 通過 Condition 可以綁定多個條件；
• 底層實現(xiàn)不一樣， synchronized 是同步阻塞，使用的是悲觀并發(fā)策略，ReentrantLock 是同步非阻塞，采用的是樂觀并發(fā)策略；
• Lock 是一個接口，而 synchronized 是 Java 中的關(guān)鍵字，synchronized 是內(nèi)置的語言實現(xiàn)；
• synchronized 在發(fā)生異常時，會自動釋放線程占有的鎖，因此不會導致死鎖現(xiàn)象發(fā)生；
• 而 Lock 在發(fā)生異常時，如果沒有主動通過 unLock()去釋放鎖，則很可能造成死鎖現(xiàn)象，因此使用 Lock 時需要在 finally 塊中釋放鎖。

Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
lock.lock();
try {
  while(條件判斷表達式) {
      condition.wait();
  }
 // 處理邏輯
} finally {
    lock.unlock();
}

• Lock 可以讓等待鎖的線程響應中斷，而 synchronized 卻不行，使用 synchronized 時，等待的線程會一直等待下去，不能夠響應中斷。
• 通過 Lock 可以知道有沒有成功獲取鎖，而 synchronized 卻無法辦到。
• Lock 可以提高多個線程進行讀操作的效率，就是實現(xiàn)讀寫鎖等。

面試題2：解釋一下公平鎖和非公平鎖？

ReenTrantLock可以指定是公平鎖還是非公平鎖，而synchronized只能是非公平鎖。所謂的公平鎖就是先等待的線程先獲鎖。

我們剛才提及到AQS中，如果線程A正處于lock狀態(tài)，線程B進來時發(fā)現(xiàn)線程A處于lock狀態(tài)，會自動進入阻塞隊列，等待取鎖；這時候當線程C也進來了也發(fā)現(xiàn)線程A處于lock狀態(tài)，也會自動進入阻塞隊列。那么等A釋放鎖后，下次加鎖到底是線程B先拿到還是線程C先拿到呢？

ReentrantLock有個構(gòu)造方法用于設置鎖的公平性，如果我們僅僅是new了一個ReentrantLock的話，那么就是非公平鎖（默認），就是靠自己去爭取，完全的隨機性。如果我們在new ReentrantLock(true) 加入 true參數(shù)時，公平鎖，就會遵循先入先出的原則，保證了鎖的公平性。

面試題3：能詳細說一下CAS具體實現(xiàn)原理么？

首先，CAS的英文單詞是Compare and Swap，即是比較并替換。CAS機制中使用了3個基本操作數(shù)：內(nèi)存地址V，舊的預期值A，待替換的新值B。

CAS規(guī)則是：當需要更新一個變量的值的時候，只有當變量的預期值A和內(nèi)存地址V中的實際值相同的時候，才會把內(nèi)存地址V對應的值替換成B。

下面我們通過一個例子來講解：

1.在內(nèi)存地址V中存儲的值是陳哈哈

2.線程01想要把變量的值改成僑總，對于線程01而言，內(nèi)存地址 V=‘陳哈哈’，舊的預期值 A=‘陳哈哈’，需要替換的新值 B=‘僑總’。

3.在線程01要提交更新之前，另外一個線程02搶先一步，將內(nèi)存地址V中的值更新成了V='比特幣'。

4.線程01開始提交更新的時候，按照CAS機制，首先進行A的值與內(nèi)存地址V中的值進行比較（ A=‘陳哈哈’ V=‘比特幣’），發(fā)現(xiàn) A != V 中的實際值，提交失敗。

5.線程01未獲取鎖后進行重試，重新獲取內(nèi)存地址V的當前值（V=‘比特幣’），并重新賦值想要修改的值（B=‘僑總’）。截至目前，線程01舊的預期值為A='比特幣'，B='僑總'，這個重新嘗試的過程被稱為自旋。

6.這一次就比較順利了，沒有其他線程改變該變量的值，所以線程01通過CAS機制，比較舊的預期值A與內(nèi)存地址V的值，相同（V == A），可以替換。

7.線程01進行替換，把地址V（V=‘比特幣’）的值替換成B（B=‘僑總’）。

  以上就是一個比較完整的CAS鎖沖突的處理方式。

  從思想上來看，synchronized屬于悲觀鎖，悲觀的認為程序中的并發(fā)問題十分嚴重，所以嚴防死守，只讓一個線程操作該代碼塊。而CAS屬于樂觀鎖，樂觀地認為程序中的并發(fā)問題并不那么嚴重，所以讓線程不斷的去嘗試更新，在并發(fā)問題不嚴重的時候性能要比synchronized快。

追問1：那CAS的缺陷有哪些呢？

當然，CAS也有缺點，如ABA問題，自旋鎖消耗問題、多變量共享一致性問題等。

1.ABA：

問題描述：

線程t1將它的值從A變?yōu)锽，再從B變?yōu)锳。同時有線程t2要將值從A變?yōu)镃。但CAS檢查的時候會發(fā)現(xiàn)沒有改變，但是實質(zhì)上它已經(jīng)發(fā)生了改變 。可能會造成數(shù)據(jù)的缺失。

解決方法：

CAS還是類似于樂觀鎖，同數(shù)據(jù)樂觀鎖的方式給它加一個版本號或者時間戳，如AtomicStampedReference

2.自旋消耗資源：

問題描述：

多個線程爭奪同一個資源時，如果自旋一直不成功，將會一直占用CPU。

解決方法：

破壞掉for死循環(huán)，當超過一定時間或者一定次數(shù)時，return退出。JDK8新增的LongAddr,和ConcurrentHashMap類似的方法。當多個線程競爭時，將粒度變小，將一個變量拆分為多個變量，達到多個線程訪問多個資源的效果，最后再調(diào)用sum把它合起來。

雖然base和cells都是volatile修飾的，但感覺這個sum操作沒有加鎖，可能sum的結(jié)果不是那么精確。

3.多變量共享一致性問題：

解決方法:

CAS操作是針對一個變量的，如果對多個變量操作，

• 可以加鎖來解決。
• 封裝成對象類解決。

追問2：講一下什么是ABA問題？怎么解決？

ABA：如果另一個線程修改V值假設原來是A，先修改成B，再修改回成A。當前線程的CAS操作無法分辨當前V值是否發(fā)生過變化。

舉個例子1：

例一：你和女神一起喝茶，女神喝了一半去廁所了，你猥瑣的喝了她剩下的半杯，然后又從你杯子里倒了半杯給她，女神回來后也不知道是否被人喝過。

如果覺得例子1太猥瑣的話，請看例子2：

例二：

今天上午10:30:00：我銀行卡有一萬塊錢，今天我來ATM機取5000塊出來買比特幣，但由于ATM機硬件問題，導致取款操作同時提交了兩遍，后臺開啟了兩個線程（線程1、線程2），兩個線程都是獲取當前值10000元，要更新成5000元；理想情況下，應該一個線程更新成功，一個線程更新失敗，我的存款只扣除一次，也就是余額應為5000元 。

好巧不巧，也是今天上午10:30:00：僑總上次買幣欠我5000塊，經(jīng)過我再三催債，表示再不還錢就把你買幣的事兒告訴你媳婦！也正巧這個點兒，僑總給我轉(zhuǎn)了5000元到卡里（線程3）。沒想到這再正常不過的事兒，缺被ABA問題坑了！我可忍不了！

事情是這樣的：

線程1首先執(zhí)行成功，把余額10000更新為5000（取錢線程）。同時線程2由于某種原因陷入了阻塞狀態(tài)（取錢線程）。這時候，（線程3）僑總匯款給了我5000元，執(zhí)行成功，我的賬戶5000更新為10000元。過一會兒，線程2恢復運行，由于之前阻塞的時候獲得了當前值為：10000，并且經(jīng)過compare檢測，此時存款也的確是10000元，所以又成功把變量值從10000更新成了5000。僑總：哈哥，5000給你打過去了！我：查到賬戶只有5000，你他娘的糊弄老子呢？？僑總：？？？我好幾十個比特幣的人，還在乎你這5000塊錢了。。。

這就是經(jīng)典的 A → B → A 問題，通過上面的例子，相信同學們也基本了解它的原理了。其實解決方式也很簡單，比如例一，我們將每一次倒水假設有一個自動記錄儀記錄下，這樣主人回來就可以分辨在她離開后是否發(fā)生過重新倒?jié)M的情況。這也是解決ABA問題目前采用的策略。

使用版本號，通過比較值 + 版本號才判斷是否可以替換。這么看來如果要解決ABA問題，就需要在CAS基礎上在增加一個版本號的校驗，當值 + 版本號都相等時，才進行替換，其他部分均不變。

而在Java中，AtomicStampedReference類就實現(xiàn)了用版本號做比較的CAS機制。狗子們，你心里有數(shù)了么？

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能給你帶來幫助，也希望您關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容！

最新評論