面試題1：說(shuō)一下你對(duì)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(yǔ)義，并提供了超出synchonized的其他高級(jí)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(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)。它支持公平鎖和非公平鎖，兩者的實(shí)現(xiàn)類似。

CAS：

CAS（compare-and-swap），見(jiàn)名知意，比較并交換。CAS 加 volatile 關(guān)鍵字是實(shí)現(xiàn)并發(fā)包的基石。沒(méi)有CAS就不會(huì)有并發(fā)包，synchronized是一種獨(dú)占鎖、悲觀鎖，java.util.concurrent中借助了CAS指令實(shí)現(xiàn)了一種區(qū)別于synchronized的一種樂(lè)觀鎖。

CAS引用了樂(lè)觀鎖思想，每次拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別的線程不會(huì)修改這個(gè)數(shù)據(jù)，所以不會(huì)上鎖，但是在更新的時(shí)候會(huì)通過(guò)標(biāo)記參數(shù)判斷一下在此期間（更新期間）別的線程有沒(méi)有已經(jīng)修改過(guò)該標(biāo)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(huì)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(gè)流程示例

如CAS操作包括三個(gè)操作數(shù)：需要讀寫(xiě)的內(nèi)存位置(V)、預(yù)期原值(A)、新值(B)。如果內(nèi)存位置與預(yù)期原值的A相匹配，說(shuō)明在此期間（更新期間）別的線程未修改過(guò)該標(biāo)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(yù)期原值的值不匹配，那么處理器不會(huì)做任何操作。

無(wú)論哪種情況，它都會(huì)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(dāng)前值。）

AQS:

AQS主要利用硬件原語(yǔ)指令CAS，來(lái)實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)多線程同步機(jī)制，并且不會(huì)引起CPU上文切換和調(diào)度，同時(shí)提供內(nèi)存可見(jiàn)性和原子化更新保證(線程安全的三要素：原子性、可見(jiàn)性、順序性)。

AQS的本質(zhì)上是一個(gè)同步器/阻塞鎖的基礎(chǔ)框架，其作用主要是提供加鎖、釋放鎖，并在內(nèi)部維護(hù)一個(gè)FIFO等待隊(duì)列，用于存儲(chǔ)由于鎖競(jìng)爭(zhēng)而阻塞的線程。

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

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

兩者的共同點(diǎn)：

• 都是用來(lái)協(xié)調(diào)多線程對(duì)共享對(duì)象、變量的訪問(wèn)
• 都是可重入鎖，同一線程可以多次獲得同一個(gè)鎖
• 都保證了可見(jiàn)性和互斥性

兩者的不同點(diǎn)：

• ReentrantLock 顯示的獲得、釋放鎖，synchronized 隱式獲得釋放鎖；
• ReentrantLock 可響應(yīng)中斷、可輪回，synchronized 是不可以響應(yīng)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(jí)別的，synchronized 是 JVM 級(jí)別的；
• ReentrantLock 可以實(shí)現(xiàn)公平鎖；
• ReentrantLock 通過(guò) Condition 可以綁定多個(gè)條件；
• 底層實(shí)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(lè)觀并發(fā)策略；
• Lock 是一個(gè)接口，而 synchronized 是 Java 中的關(guān)鍵字，synchronized 是內(nèi)置的語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)；
• synchronized 在發(fā)生異常時(shí)，會(huì)自動(dòng)釋放線程占有的鎖，因此不會(huì)導(dǎo)致死鎖現(xiàn)象發(fā)生；
• 而 Lock 在發(fā)生異常時(shí)，如果沒(méi)有主動(dòng)通過(guò) unLock()去釋放鎖，則很可能造成死鎖現(xiàn)象，因此使用 Lock 時(shí)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(dá)式) {
      condition.wait();
  }
 // 處理邏輯
} finally {
    lock.unlock();
}

• Lock 可以讓等待鎖的線程響應(yīng)中斷，而 synchronized 卻不行，使用 synchronized 時(shí)，等待的線程會(huì)一直等待下去，不能夠響應(yīng)中斷。
• 通過(guò) Lock 可以知道有沒(méi)有成功獲取鎖，而 synchronized 卻無(wú)法辦到。
• Lock 可以提高多個(gè)線程進(jìn)行讀操作的效率，就是實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)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(jìn)來(lái)時(shí)發(fā)現(xiàn)線程A處于lock狀態(tài)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)入阻塞隊(duì)列，等待取鎖；這時(shí)候當(dāng)線程C也進(jìn)來(lái)了也發(fā)現(xiàn)線程A處于lock狀態(tài)，也會(huì)自動(dòng)進(jìn)入阻塞隊(duì)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(gè)構(gòu)造方法用于設(shè)置鎖的公平性，如果我們僅僅是new了一個(gè)ReentrantLock的話，那么就是非公平鎖（默認(rèn)），就是靠自己去爭(zhēng)取，完全的隨機(jī)性。如果我們?cè)趎ew ReentrantLock(true) 加入 true參數(shù)時(shí)，公平鎖，就會(huì)遵循先入先出的原則，保證了鎖的公平性。

面試題3：能詳細(xì)說(shuō)一下CAS具體實(shí)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(jī)制中使用了3個(gè)基本操作數(shù)：內(nèi)存地址V，舊的預(yù)期值A(chǔ)，待替換的新值B。

CAS規(guī)則是：當(dāng)需要更新一個(gè)變量的值的時(shí)候，只有當(dāng)變量的預(yù)期值A(chǔ)和內(nèi)存地址V中的實(shí)際值相同的時(shí)候，才會(huì)把內(nèi)存地址V對(duì)應(yīng)的值替換成B。

下面我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)講解：

1.在內(nèi)存地址V中存儲(chǔ)的值是陳哈哈

2.線程01想要把變量的值改成僑總，對(duì)于線程01而言，內(nèi)存地址 V=‘陳哈哈’，舊的預(yù)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(gè)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(kāi)始提交更新的時(shí)候，按照CAS機(jī)制，首先進(jìn)行A的值與內(nèi)存地址V中的值進(jìn)行比較（ A=‘陳哈哈’ V=‘比特幣’），發(fā)現(xiàn) A != V 中的實(shí)際值，提交失敗。

5.線程01未獲取鎖后進(jìn)行重試，重新獲取內(nèi)存地址V的當(dāng)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(yù)期值為A='比特幣'，B='僑總'，這個(gè)重新嘗試的過(guò)程被稱為自旋。

6.這一次就比較順利了，沒(méi)有其他線程改變?cè)撟兞康闹担跃€程01通過(guò)CAS機(jī)制，比較舊的預(yù)期值A(chǔ)與內(nèi)存地址V的值，相同（V == A），可以替換。

7.線程01進(jìn)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(gè)比較完整的CAS鎖沖突的處理方式。

  從思想上來(lái)看，synchronized屬于悲觀鎖，悲觀的認(rèn)為程序中的并發(fā)問(wèn)題十分嚴(yán)重，所以嚴(yán)防死守，只讓一個(gè)線程操作該代碼塊。而CAS屬于樂(lè)觀鎖，樂(lè)觀地認(rèn)為程序中的并發(fā)問(wèn)題并不那么嚴(yán)重，所以讓線程不斷的去嘗試更新，在并發(fā)問(wèn)題不嚴(yán)重的時(shí)候性能要比synchronized快。

追問(wèn)1：那CAS的缺陷有哪些呢？

當(dāng)然，CAS也有缺點(diǎn)，如ABA問(wèn)題，自旋鎖消耗問(wèn)題、多變量共享一致性問(wèn)題等。

1.ABA：

問(wèn)題描述：

線程t1將它的值從A變?yōu)锽，再?gòu)腂變?yōu)锳。同時(shí)有線程t2要將值從A變?yōu)镃。但CAS檢查的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有改變，但是實(shí)質(zhì)上它已經(jīng)發(fā)生了改變 ?？赡軙?huì)造成數(shù)據(jù)的缺失。

解決方法：

CAS還是類似于樂(lè)觀鎖，同數(shù)據(jù)樂(lè)觀鎖的方式給它加一個(gè)版本號(hào)或者時(shí)間戳，如AtomicStampedReference

2.自旋消耗資源：

問(wèn)題描述：

多個(gè)線程爭(zhēng)奪同一個(gè)資源時(shí)，如果自旋一直不成功，將會(huì)一直占用CPU。

解決方法：

破壞掉for死循環(huán)，當(dāng)超過(guò)一定時(shí)間或者一定次數(shù)時(shí)，return退出。JDK8新增的LongAddr,和ConcurrentHashMap類似的方法。當(dāng)多個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，將粒度變小，將一個(gè)變量拆分為多個(gè)變量，達(dá)到多個(gè)線程訪問(wèn)多個(gè)資源的效果，最后再調(diào)用sum把它合起來(lái)。

雖然base和cells都是volatile修飾的，但感覺(jué)這個(gè)sum操作沒(méi)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(wèn)題：

解決方法:

CAS操作是針對(duì)一個(gè)變量的，如果對(duì)多個(gè)變量操作，

• 可以加鎖來(lái)解決。
• 封裝成對(duì)象類解決。

追問(wèn)2：講一下什么是ABA問(wèn)題？怎么解決？

ABA：如果另一個(gè)線程修改V值假設(shè)原來(lái)是A，先修改成B，再修改回成A。當(dāng)前線程的CAS操作無(wú)法分辨當(dāng)前V值是否發(fā)生過(guò)變化。

舉個(gè)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(lái)后也不知道是否被人喝過(guò)。

如果覺(jué)得例子1太猥瑣的話，請(qǐng)看例子2：

例二：

今天上午10:30:00：我銀行卡有一萬(wàn)塊錢，今天我來(lái)ATM機(jī)取5000塊出來(lái)買比特幣，但由于ATM機(jī)硬件問(wèn)題，導(dǎo)致取款操作同時(shí)提交了兩遍，后臺(tái)開(kāi)啟了兩個(gè)線程（線程1、線程2），兩個(gè)線程都是獲取當(dāng)前值10000元，要更新成5000元；理想情況下，應(yīng)該一個(gè)線程更新成功，一個(gè)線程更新失敗，我的存款只扣除一次，也就是余額應(yīng)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(guò)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(gè)點(diǎn)兒，僑總給我轉(zhuǎn)了5000元到卡里（線程3）。沒(méi)想到這再正常不過(guò)的事兒，缺被ABA問(wèn)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(shí)線程2由于某種原因陷入了阻塞狀態(tài)（取錢線程）。這時(shí)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(guò)一會(huì)兒，線程2恢復(fù)運(yùn)行，由于之前阻塞的時(shí)候獲得了當(dāng)前值為：10000，并且經(jīng)過(guò)compare檢測(cè)，此時(shí)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(guò)去了！我：查到賬戶只有5000，你他娘的糊弄老子呢？？?jī)S總：？？？我好幾十個(gè)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(wèn)題，通過(guò)上面的例子，相信同學(xué)們也基本了解它的原理了。其實(shí)解決方式也很簡(jiǎn)單，比如例一，我們將每一次倒水假設(shè)有一個(gè)自動(dòng)記錄儀記錄下，這樣主人回來(lái)就可以分辨在她離開(kāi)后是否發(fā)生過(guò)重新倒?jié)M的情況。這也是解決ABA問(wèn)題目前采用的策略。

使用版本號(hào)，通過(guò)比較值 + 版本號(hào)才判斷是否可以替換。這么看來(lái)如果要解決ABA問(wèn)題，就需要在CAS基礎(chǔ)上在增加一個(gè)版本號(hào)的校驗(yàn)，當(dāng)值 + 版本號(hào)都相等時(shí)，才進(jìn)行替換，其他部分均不變。

而在Java中，AtomicStampedReference類就實(shí)現(xiàn)了用版本號(hào)做比較的CAS機(jī)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(lái)幫助，也希望您關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容！

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