面试高频题之并发篇（3）

面试高频题之并发篇（3）

1、synchronized 和 Lock 有什么区别？

首先synchronized是Java内置关键字，在JVM层面，Lock是个Java类；synchronized 可以给类、方法、代码块加锁；而 lock 只能给代码块加锁。 synchronized 不需要手动获取锁和释放锁，使用简单，发生异常会自动释放锁，不会造成死锁；而 lock 需要自己加锁和释放锁，如果使用不当没有 unLock()去释放锁就会造成死锁。通过 Lock 可以知道有没有成功获取锁，而 synchronized 却无法办到。

2、synchronized 和 ReentrantLock 区别是什么？ 

synchronized 是和 if、else、for、while 一样的关键字，ReentrantLock 是类，这是二者的本质区别。既然 ReentrantLock 是类，那么它就提供了比synchronized 更多更灵活的特性，可以被继承、可以有方法、可以有各种各样的类变量

synchronized 早期的实现比较低效，对比 ReentrantLock，大多数场景性能都相差较大，但是在 Java 6 中对 synchronized 进行了非常多的改进。

相同点：两者都是可重入锁

两者都是可重入锁。“可重入锁”概念是：自己可以再次获取自己的内部锁。比如一个线程获得了某个对象的锁，此时这个对象锁还没有释放，当其再次想要获取这个对象的锁的时候还是可以获取的，如果不可锁重入的话，就会造成死锁。

同一个线程每次获取锁，锁的计数器都自增1，所以要等到锁的计数器下降为0时才能释放锁。

ReentrantLock 使用起来比较灵活，但是必须有释放锁的配合动作；

ReentrantLock 必须手动获取与释放锁，而 synchronized 不需要手动释放和开启锁；

ReentrantLock 只适用于代码块锁，而 synchronized 可以修饰类、方法、变量等。

二者的锁机制其实也是不一样的。ReentrantLock 底层调用的是 Unsafe 的park 方法加锁，synchronized *** 作的应该是对象头中 mark wordJava中每一个对象都可以作为锁，这是synchronized实现同步的基础：

普通同步方法，锁是当前实例对象静态同步方法，锁是当前类的class对象同步方法块，锁是括号里面的对象 。

3、volatile 关键字的作用？

对于可见性，Java 提供了 volatile 关键字来保证可见性和禁止指令重排。

volatile 提供 happens-before 的保证，确保一个线程的修改能对其他线程是可见的。当一个共享变量被 volatile 修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。

从实践角度而言，volatile 的一个重要作用就是和 CAS 结合，保证了原子性。 volatile 常用于多线程环境下的单次 *** 作(单次读或者单次写)。

4、synchronized 和 volatile 的区别是什么？

synchronized 表示只有一个线程可以获取作用对象的锁，执行代码，阻塞其他线程。

volatile 表示变量在 CPU 的寄存器中是不确定的，必须从主存中读取。保证多线程环境下变量的可见性；禁止指令重排序。

区别

volatile 是变量修饰符；synchronized 可以修饰类、方法、变量。

volatile 仅能实现变量的修改可见性，不能保证原子性；而

synchronized 则可以保证变量的修改可见性和原子性。

volatile 不会造成线程的阻塞；synchronized 可能会造成线程的阻

塞。

volatile标记的变量不会被编译器优化；synchronized标记的变量可

以被编译器优化。

volatile关键字是线程同步的轻量级实现，所以volatile性能肯定比synchronized关键字要好。但是volatile关键字只能用于变量而

synchronized关键字可以修饰方法以及代码块。synchronized关键字在JavaSE1.6之后进行了主要包括为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗而引入的偏向锁和轻量级锁以及其它各种优化之后执行效率有了显著提升，实际开发中使用 synchronized 关键字的场景还是更多一些。

5、乐观锁和悲观锁的理解及如何实现，有哪些实现方式？

悲观锁：总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做 *** 作之前先上锁。再比如 Java 里面的同步原语 synchronized关键字的实现也是悲观锁。

乐观锁：顾名思义，就是很乐观，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号等机制。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量，像数据库提供的类似于 write_condition 机制，其实都是提供的乐观锁。在Java中 java.util.concurrent.atomic 包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式 CAS 实现的。

乐观锁的实现方式：

1、使用版本标识来确定读到的数据与提交时的数据是否一致。提交后修改版本标识，不一致时可以采取丢弃和再次尝试的策略。

2、java 中的 Compare and Swap 即 CAS ，当多个线程尝试使用 CAS 同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。 CAS *** 作中包含三个 *** 作数 —— 需要读写的内存位置（V）、进行比较的预期原值（A）和拟写入的新值(B)。如果内存位置 V 的值与预期原值 A 相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值 B。否则处理器不做任何 *** 作。

6、什么是 CAS？

CAS 是 compare and swap 的缩写，即我们所说的比较交换。

cas 是一种基于锁的 *** 作，而且是乐观锁。在 java 中锁分为乐观锁和悲观锁。

悲观锁是将资源锁住，等一个之前获得锁的线程释放锁之后，下一个线程才可以访问。而乐观锁采取了一种宽泛的态度，通过某种方式不加锁来处理资源，比如通过给记录加 version 来获取数据，性能较悲观锁有很大的提高。

CAS *** 作包含三个 *** 作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。如果内存地址里面的值和 A 的值是一样的，那么就将内存里面的值更新成 B。CAS是通过无限循环来获取数据的，若果在第一轮循环中，a 线程获取地址里面的值被b 线程修改了，那么 a 线程需要自旋，到下次循环才有可能机会执行。java.util.concurrent.atomic 包下的类大多是使用 CAS *** 作来实现(AtomicInteger,AtomicBoolean)。

CAS 的会产生什么问题？

1、ABA 问题：

比如说一个线程 one 从内存位置 V 中取出 A，这时候另一个线程 two 也从内存中取出 A，并且 two 进行了一些 *** 作变成了 B，然后 two 又将 V 位置的数据变成 A，这时候线程 one 进行 CAS *** 作发现内存中仍然是 A，然后 one *** 作成功。尽管线程 one 的 CAS *** 作成功，但可能存在潜藏的问题。从 Java1.5 开始 JDK 的 atomic包里提供了一个类 AtomicStampedReference 来解决 ABA问题。

2、循环时间长开销大：

对于资源竞争严重（线程冲突严重）的情况，CAS 自旋的概率会比较大，从而浪费更多的 CPU 资源，效率低于 synchronized。

3、只能保证一个共享变量的原子 *** 作：

当对一个共享变量执行 *** 作时，我们可以使用循环 CAS 的方式来保证原子 *** 作，但是对多个共享变量 *** 作时，循环 CAS 就无法保证 *** 作的原子性，这个时候就可以用锁。

7、什么是死锁？

当线程 A 持有独占锁a，并尝试去获取独占锁 b 的同时，线程 B 持有独占锁b，并尝试获取独占锁 a 的情况下，就会发生 AB 两个线程由于互相持有对方需要的锁，而发生的阻塞现象，我们称为死锁。

产生死锁的条件是什么？怎么防止死锁？

产生死锁的必要条件：

1、互斥条件：所谓互斥就是进程在某一时间内独占资源。

2、请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。

3、不剥夺条件：进程已获得资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。

4、循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

这四个条件是死锁的必要条件，只要系统发生死锁，这些条件必然成立，而只要上述条件之 一不满足，就不会发生死锁。

理解了死锁的原因，尤其是产生死锁的四个必要条件，就可以最大可能地避免、预防和 解除死锁。

防止死锁可以采用以下的方法：

尽量使用 tryLock(long timeout, TimeUnit unit)的方法(ReentrantLock、

ReentrantReadWriteLock)，设置超时时间，超时可以退出防止死锁。

尽量使用 Java. util. concurrent 并发类代替自己手写锁。

尽量降低锁的使用粒度，尽量不要几个功能用同一把锁。

尽量减少同步的代码块。

8、死锁与活锁的区别，死锁与饥饿的区别？

死锁：是指两个或两个以上的进程（或线程）在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。

活锁：任务或者执行者没有被阻塞，由于某些条件没有满足，导致一直重复尝试，失败，尝试，失败。

活锁和死锁的区别在于，处于活锁的实体是在不断的改变状态，这就是所谓的“活”，而处于死锁的实体表现为等待；活锁有可能自行解开，死锁则不能。

饥饿：一个或者多个线程因为种种原因无法获得所需要的资源，导致一直无法执行的状态。

Java 中导致饥饿的原因：

1、高优先级线程吞噬所有的低优先级线程的 CPU 时间。

2、线程被永久堵塞在一个等待进入同步块的状态，因为其他线程总是能在它之前持续地对该同步块进行访问。

3、线程在等待一个本身也处于永久等待完成的对象(比如调用这个对象的 wait方法)，因为其他线程总是被持续地获得唤醒。

9、AQS(AbstractQueuedSynchronizer)详解与源码分析 。

AQS 介绍

AQS的全称为（AbstractQueuedSynchronizer），这个类在

java.util.concurrent.locks包下面。

AQS是一个用来构建锁和同步器的框架，使用AQS能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器，比如我们提到的ReentrantLock，Semaphore，其他的诸如ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue，FutureTask等等皆是 。

基于AQS的。当然，我们自己也能利用AQS非常轻松容易地构造出符合我们自己需求的同步器。

AQS 原理分析  

AQS 原理概览

AQS核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制AQS是用CLH队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列（虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点之间的关联关系）。AQS是将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点（Node）来实现锁的分配。

看个AQS(AbstractQueuedSynchronizer)原理图：

AQS使用一个int成员变量来表示同步状态，通过内置的FIFO队列来完成获取资源线程的排队工作。AQS使用CAS对该同步状态进行原子 *** 作实现对其值的修改。

1 private volatile int state;//共享变量，使用volatile修饰保证线程可见性

状态信息通过protected类型的getState，setState，compareAndSetState进行 *** 作。

AQS 对资源的共享方式

AQS定义两种资源共享方式

Exclusive（独占）：只有一个线程能执行，如ReentrantLock。又可

分为公平锁和非公平锁：

公平锁：按照线程在队列中的排队顺序，先到者先拿到锁非公平锁：当线程要获取锁时，无视队列顺序直接去抢锁，谁抢到就是谁的。

Share（共享）：多个线程可同时执行，如

Semaphore/CountDownLatch。Semaphore、CountDownLatch、

CyclicBarrier、ReadWriteLock 我们都会在后面讲到。

ReentrantReadWriteLock 可以看成是组合式，因为

ReentrantReadWriteLock也就是读写锁允许多个线程同时对某一资源进行读。不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源 state 的获取与释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护（如获取资源失败入队/唤醒出队等），AQS已经在顶层实现好了。

AQS底层使用了模板方法模式

同步器的设计是基于模板方法模式的，如果需要自定义同步器一般的方式是这样（模板方法模式很经典的一个应用）：

1. 使用者继承AbstractQueuedSynchronizer并重写指定的方法。（这些重写方法很简单，无非是对于共享资源state的获取和释放）。

2. 将AQS组合在自定义同步组件的实现中，并调用其模板方法，而这些模板方法会调用使用者重写的方法。

10、ReentrantLock(重入锁)实现原理与公平锁非公平锁区别？

什么是可重入锁（ReentrantLock）？

ReentrantLock重入锁，是实现Lock接口的一个类，也是在实际编程中使用频率很高的一个锁，支持重入性，表示能够对共享资源能够重复加锁，即当前线程获取该锁再次获取不会被阻塞。在java关键字synchronized隐式支持重入性，synchronized通过获取自增，释放自减的方式实现重入。与此同时，ReentrantLock还支持公平锁和非公平锁两种方式。那么，要想完完全全的弄懂ReentrantLock的话，主要也就是ReentrantLock同步语义的学习：1. 重入性的实现原理；2. 公平锁和非公平锁。

重入性的实现原理

要想支持重入性，就要解决两个问题：1. 在线程获取锁的时候，如果已经获取锁的线程是当前线程的话则直接再次获取成功；2. 由于锁会被获取n次，那么只有锁在被释放同样的n次之后，该锁才算是完全释放成功。ReentrantLock支持两种锁：公平锁和非公平锁。何谓公平性，是针对获取锁而言的，如果一个锁是公平的，那么锁的获取顺序就应该符合请求上的绝对时间顺序，满足FIFO。

11、读写锁ReentrantReadWriteLock源码分析ReadWriteLock 是什么？

首先明确一下，不是说 ReentrantLock 不好，只是 ReentrantLock 某些时候有局限。如果使用 ReentrantLock，可能本身是为了防止线程 A 在写数据、线程B 在读数据造成的数据不一致，但这样，如果线程 C 在读数据、线程 D 也在读数据，读数据是不会改变数据的，没有必要加锁，但是还是加锁了，降低了程序的性能。因为这个，才诞生了读写锁 ReadWriteLock。

ReadWriteLock 是一个读写锁接口，读写锁是用来提升并发程序性能的锁分离技术，ReentrantReadWriteLock 是 ReadWriteLock 接口的一个具体实现，实现了读写的分离，读锁是共享的，写锁是独占的，读和读之间不会互斥，读和写、写和读、写和写之间才会互斥，提升了读写的性能。

而读写锁有以下三个重要的特性：

（1）公平选择性：支持非公平（默认）和公平的锁获取方式，吞吐量还是非公平优于公平。

（2）重进入：读锁和写锁都支持线程重进入。

（3）锁降级：遵循获取写锁、获取读锁再释放写锁的次序，写锁能够降级成为读锁。

12、并发容器之ConcurrentHashMap详解(JDK1.8版本)与源码分析？什么是ConcurrentHashMap？

ConcurrentHashMap是Java中的一个线程安全且高效的HashMap实现。平时涉及高并发如果要用map结构，那第一时间想到的就是它。相对于hashmap来说，ConcurrentHashMap就是线程安全的map，其中利用了锁分段的思想提高了并发度。那么它到底是如何实现线程安全的？

JDK 1.7版本关键要素：

segment继承了ReentrantLock充当锁的角色，为每一个segment提供了线程安全的保障；segment维护了哈希散列表的若干个桶，每个桶由HashEntry构成的链表。

JDK1.8后，ConcurrentHashMap抛弃了原有的Segment 分段锁，而采用了CAS + synchronized 来保证并发安全性。

Java 中 ConcurrentHashMap 的并发度是什么？

ConcurrentHashMap 把实际 map 划分成若干部分来实现它的可扩展性和线程安全。这种划分是使用并发度获得的，它是ConcurrentHashMap 类构造函数的一个可选参数，默认值为 16，这样在多线程情况下就能避免争用。

在 JDK8 后，它摒弃了 Segment（锁段）的概念，而是启用了一种全新的方式实现,利用 CAS 算法。同时加入了更多的辅助变量来提高并发度。

13、SynchronizedMap 和 ConcurrentHashMap 有什么区别？

SynchronizedMap 一次锁住整张表来保证线程安全，所以每次只能有一个线程来访为 map。

ConcurrentHashMap 使用分段锁来保证在多线程下的性能。

ConcurrentHashMap 中则是一次锁住一个桶。ConcurrentHashMap 默认将hash 表分为 16 个桶，诸如 get，put，remove 等常用 *** 作只锁当前需要用到的桶。

这样，原来只能一个线程进入，现在却能同时有 16 个写线程执行，并发性能的提升是显而易见的。

另外 ConcurrentHashMap 使用了一种不同的迭代方式。在这种迭代方式中，当iterator 被创建后集合再发生改变就不再是抛出

ConcurrentModificationException，取而代之的是在改变时 new 新的数据从而不影响原有的数据，iterator 完成后再将头指针替换为新的数据 ，这样iterator线程可以使用原来老的数据，而写线程也可以并发的完成改变。

14、CopyonWriteArrayList 是什么，可以用于什么应用场景？有哪些优缺点？

CopyonWriteArrayList 是一个并发容器。有很多人称它是线程安全的，我认为这句话不严谨，缺少一个前提条件，那就是非复合场景下 *** 作它是线程安全的。

CopyonWriteArrayList(免锁容器)的好处之一是当多个迭代器同时遍历和修改这个列表时，不会抛出 ConcurrentModificationException。在CopyonWriteArrayList 中，写入将导致创建整个底层数组的副本，而源数组将保留在原地，使得复制的数组在被修改时，读取 *** 作可以安全地执行。

CopyonWriteArrayList 的使用场景通过源码分析，我们看出它的优缺点比较明显，所以使用场景也就比较明显。就是合适读多写少的场景。

CopyonWriteArrayList 的缺点 ：

1. 由于写 *** 作的时候，需要拷贝数组，会消耗内存，如果原数组的内容比较多的情况下，可能导致 young gc 或者 full gc。

2. 不能用于实时读的场景，像拷贝数组、新增元素都需要时间，所以调用一个 set *** 作后，读取到数据可能还是旧的，虽然

CopyonWriteArrayList 能做到最终一致性,但是还是没法满足实时性要求。

3. 由于实际使用中可能没法保证 CopyonWriteArrayList 到底要放置多少数据，万一数据稍微有点多，每次 add/set 都要重新复制数组，这个代价实在太高昂了。在高性能的互联网应用中，这种 *** 作分分钟引起故障。

CopyonWriteArrayList 的设计思想

1. 读写分离，读和写分开

2. 最终一致性

3. 使用另外开辟空间的思路，来解决并发冲突

15、ThreadLocal内存泄漏分析与解决方案？

ThreadLocal造成内存泄漏的原因？

ThreadLocalMap 中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用,而 value 是强引用。所以，如果 ThreadLocal 没有被外部强引用的情况下，在垃圾回收的时候，key 会被清理掉，而 value 不会被清理掉。这样一来，ThreadLocalMap 中就会出现key为null的Entry。假如我们不做任何措施的话，value 永远无法被GC 回收，这个时候就可能会产生内存泄露。ThreadLocalMap实现中已经考虑了这种情况，在调用 set()、get()、remove() 方法的时候，会清理掉 key 为 null 的记录。使用完

ThreadLocal方法后 最好手动调用remove()方法ThreadLocal内存泄漏解决方案？

每次使用完ThreadLocal，都调用它的remove()方法，清除数据。

在使用线程池的情况下，没有及时清理ThreadLocal，不仅是内存泄

漏的问题，更严重的是可能导致业务逻辑出现问题。所以，使用

ThreadLocal就跟加锁完要解锁一样，用完就清理。