[Java-juc] 锁

synchronized 用过吗？

用过，synchronized 是 Java 中最基本的锁机制。可以对代码块或方法上锁。

synchronized 上锁的对象是什么？

• 对于普通方法，锁对象是当前实例（this）。
• 对于静态方法，锁对象是当前类的 Class 对象。
• 对于代码块，可以自行指定任意对象作为锁对象。

synchronized 的底层实现原理是什么？

synchronized 依赖 JVM 内部的 Monitor 对象来实现线程同步。因此在使用的时候不用手动加锁解锁。

• synchronized 对 代码块 加锁时，JVM 会通过monitorenter、monitorexit 两个指令实现同步.
• synchronized 对 方法 加锁时，JVM 会通过 ACC_SYNCHRONIZED 标记符实现同步。

你对 Monitor 了解多少？

Monitor 是 JVM 内置的同步机制。
每个对象在内存中都有一个对象头——Mark Word，用于存储锁的状态，以及Monitor对象的指针。

synchronized 怎么保证可见性？

• 通过内存屏障
• 加锁时线程必须从主内存中读取最新数据
• 解锁时线程必须将修改后的数据刷新到主内存中

synchronized 怎么保证有序性？

• 通过 JVM 指令monitorenter 和 monitorexit，确保代码块内的指令不会被重排。

synchronized 怎么实现可重入的呢？

synchronized支持可重入，是因为Java的对象头包含一个Mark Word，里面有一个锁计数器

• 当一个线程获取该对象锁时，JVM会将该线程ID写入Mark Word，并将锁计数器设置为1。
• 如果同一线程再次尝试获取该锁，JVM会检查Mark Word中的线程ID是否相同，相同则将锁计数器加1。
• 当线程释放锁时，JVM会将锁计数器减1，当计数器为0时，表示锁被完全释放，清除线程ID。

重点- synchronized 锁升级了解吗？

了解，锁升级是为提升Synchronized引入的，升级过程为

// 无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁

• 没有线程竞争时，使用偏向锁，没有额外CAS操作；
• 轻度竞争时，使用轻量级锁，采用CAS自旋，避免线程阻塞。
• 重度竞争时，升级为重量级锁，线程阻塞等待唤醒。

了解 synchronized 四种锁状态吗？

• 无锁：对象未被任何线程持有。
• 偏向锁：线程第一次获取锁，锁对象Mark Word记录线程ID，后续同一线程获取锁无需CAS操作。
• 轻量级锁：当有其他线程尝试获取偏向锁时，偏向锁升级为轻量级锁，使用CAS自旋等待锁释放。
• 重量级锁：当轻量级锁竞争激烈时，比如自旋超过一定次数，升级为重量级锁，线程进入阻塞状态等待唤醒。

重点- synchronized 和 ReentrantLock 的区别了解吗？

• synchronized 由JVM内部的Monitor机制实现；ReentrantLock在代码层面，基于AQS（AbstractQueuedSynchronizer）实现。
• synchronized 会隐式的自动加锁和释放锁；ReentrantLock 需要手动调用lock()和unlock()方法
• synchronized 可以在方法或代码块上加锁；ReentrantLock 只能在代码块中加锁，但可以指定锁的公平性。

Lock 了解吗？

Lock是JUC包下的接口，用于代码上实现锁机制，常用实现类有 ReentrantLock 和 ReentrantReadWriteLock。

重点- CAS 了解多少？

CAS 是一种乐观锁的一种实现。

• 首先 CAS 包含三个操作数：变量内存地址（V）、旧的预期值（A）和 新值（B）。
• 只有V 等于 A，才会将V 设置为 B。
• 这个过程需要使用unsafe类中的方法去保证它的一个原子性。 unsafe又是通过JNI去调用C++代码实现的。

重点- CAS 有什么问题？

• ABA问题：就是初始值A变成B在变回A，CAS无法检测到这个变化。- 可以通过版本号法解决。
• 自旋问题：当CAS失败时，线程会一直自旋尝试，会导致CPU资源浪费。- 可以限制自旋次数，超过次数转为synchronized。
• 只能保证单个变量的原子操作。- 可以将多个变量封装成一个对象，使用AtomicReference来解决。

AQS 了解多少？

AQS是Java并发包下的一个抽象同步框架，
核心作用是统一封装了线程的等待、唤醒、排队机制。
底层通过volatile的state变量，加FIFO的队列来实现线程安全的资源抢夺。

• AQS只是处理排队的细节，具体锁实现需要实现类自己决定。

重点- 说说 ReentrantLock 的实现原理？

ReentrantLock 是基于AQS实现的可重入排他锁，先使用CAS尝试获取锁，获取失败进入AQS的阻塞队列。

• ReentrantLock内部通过计数器 state 记录锁状态，重入+1，释放-1，state为0表示锁完全释放，唤醒等待队列的线程竞争锁。

ReentrantLock 怎么创建公平锁？

• ReentrantLock默认为非公平锁；创建公平锁，需要创建时传递参数 new ReentrantLock(true)。

非公平锁和公平锁有什么不同？

• 公平锁：按照线程请求锁的顺序来分配锁。
• 非公平锁：不保证锁的获取顺序，任何线程都有机会获取锁。

Java 有哪些保证原子性的方法？

Atomic包下的原子类；synchronized；ReentrantLock等。

原子操作类了解多少？

原子类是基于 CAS + volatile 实现的，底层依赖于 unsafe 类，常用原子类有：

• AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference 等。

线程死锁了解吗？

死锁发生在多个线程互相等待对方释放锁时。

死锁发生的四个条件了解吗？

• 互斥：资源不能被多个线程共享，一次只能被一个线程占用。
• 持有并等待：一个线程已持有资源，并且在等待获取其他线程持有的资源。
• 不可剥夺：资源不能强制被剥夺，必须由线程自己释放。
• 循环等待：存在一个线程等待资源的循环链，每个线程都在等待下一个线程持有的资源。

该如何避免死锁呢？

1. 所有线程按照固定顺序获取锁。
2. 使用 tryLock() 方法尝试获取锁，失败后释放已持有的锁，避免循环等待。

重点- 死锁问题怎么排查呢？

• 先使用top命令找到对应程序的进程，再使用top -H -p 进程ID查看占用最高的线程ID，
  最后使用jstack 进程ID查看线程堆栈信息，分析死锁原因。