【并发编程面试题】Synchronized八连问

逃离我推掉我的手 2024-03-30 10:30 57阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  1. Synchronized用过吗 ， 其原理是什么 ？
 *  2. 这个对象锁到底是什么？如何确定对象锁？
 *  3. 什么是可重入性 ， 为什么说Synchronized是可重入锁？
 *  4. JVM对Java的原生锁做了哪些优化？
 *  5. 为什么说Synchronized是非公平锁？
 *  6. 什么是锁消除和锁粗化？
 *  7. 为什么说Synchronized是一个悲观锁？乐观锁的实现原理又是什么？什么是CAS，它有什么特性？
 *  8. 乐观锁一定就是好的吗？

## 1. Synchronized用过吗 ， 其原理是什么 ？ ##

Synchronized 是JVM提供的一种互斥同步的实现方式，查看Synchronized修饰的程序块编译后的字节码会发现编译前后生成了monitorenter和monitexit两个字节码指令。

在虚拟机执行monitorenter指令的时候，首先会尝试获取对象锁，如果获取对象锁成功或者当前线程已经获取了该对象锁，那么，锁的计数器就会加一。如果获取对象锁失败，当前线程就要阻塞等待，知道对象锁被另外一个线程释放为止。

在虚拟机指定monitorexit指令的时候，锁的计数器就会减一，当锁的计数器为0的时候，就会释放掉锁。

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## 2. 这个对象锁到底是什么？如何确定对象锁？ ##

锁的本质其实就是monitorenter和monitorexit字节码指令的一个Reference参数，也就是解锁和加锁的对象。

*  如果Synchronized 明确指定了锁对象，如Synchronized (变量名)、Synchronized （this），那么加解锁对象就是该对象
 *  如果Synchronized 修饰的方法为非静态方法，那么锁对象为该方法对象的对象
 *  如果Synchronized 修饰的方法为静态方法，那么锁对象为该方法对应的类对象。

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## 3. 什么是可重入性 ， 为什么说Synchronized是可重入锁？ ##

可重入锁是指同一线程再外层方法获取锁的时候，再次进入该线程内层会自动获取锁（前提，锁的对象是同一个锁），不会因为之前已经获取过还没有释放而阻塞。

可重入性是锁的一个基本要求，是为了解决自己锁死自己的情况。

对于Synchronized而言，当执行monitorenter字节码指令的时候，如果这个对象没有锁定或者该线程已经拥有该对象锁，锁的计数器会加一，其实本质上就是通过这种方式实现了可重入性。

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## 4. JVM对Java的原生锁做了哪些优化？ ##

在Java6之前，Monitor的实现完全依赖于操作系统的互斥锁来实现。

由于Java层面的线程与操作系统的原生线程有映射关系，如果将一个线程进行阻塞或唤醒需要操作系统的协助，这就需要从用户态切换成内核态来执行，但是这种切换代价十分昂贵，很耗处理器事件，现代JDK对此做了大量的优化。

其中的一种优化就是使用自旋锁，也就是线程在进行阻塞操作之前先让线程自旋等待一段时间，可能在等待期间其他线程已经解锁，这时就无需再让线程进行阻塞操作，避免了从用户态到内核态的切换。

并且现代JDK还提供了三种不同的Monitor实现，也就是三种锁，分别是偏向锁、轻量级锁、重量级锁。

这三种锁使得JDK得以优化Synchronized的运行，当JVM检测到不同的竞争状况时，会自动切换到合适的锁实现，这就是锁的升级和降级。

如果没有出现竞争关系，默认会使用偏向锁。

当线程A第一次竞争到锁时，通过操作修改MarkWord钟偏向线程ID、偏向模式。

如果不存在其他线程竞争的画，那么持有偏向锁的线程将永远不再需要同步

如果另一线程试图锁定某个被偏斜过的对象，JVM就会撤销偏斜锁切换到轻量级锁的实现。

而轻量级锁依赖CAS操作MarkWord来试图获取锁，如果重试成功，就会使用普通的轻量级锁，否则会进一步升级成重量级锁

> [【JUC】10. synchronized与锁升级\_起名方面没有灵感的博客-CSDN博客][JUC_10. synchronized_-CSDN]

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## 5. 为什么说Synchronized是非公平锁？ ##

Synchronized的非公平性主要表现在获取锁的行为上，获取到锁并未是按照申请锁的时间前后给等待线程分配锁的，每当锁被释放后，任何一个线程都有机会竞争到锁，这样做是为提高执行性能，但是缺点就是可能会产生线程饥饿现象。

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## 6. 什么是锁消除和锁粗化？ ##

*  锁消除是指虚拟机即时编译器在运行时，对一些代码上要求同步，但被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行消除。
 *  锁粗化是指一系列的连续操作都对同一个对象进行反复加锁和解锁，甚至加锁操作在循环体内，频繁地进行互斥同步操作也会导致不必要地性能损耗

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## 7. 为什么说Synchronized是一个悲观锁？乐观锁的实现原理又是什么？什么是CAS，它有什么特性？ ##

Synchronized显然是一个悲观锁，因为它的并发策略就是悲观的。无论是否产生竞争，任何的数据操作都必须进行加锁、用户态核心转换、维护锁计数器和检查是否有阻塞的线程需要被唤醒的操作。

乐观锁的并发策略是先进行操作，如果没有其他线程征用数据，那么操作就成功了。这种并发策略的许多实现不需要线程挂起，所以也成为非阻塞同步。

乐观锁的核心算法是CAS，它涉及到三个操作数：内存值、预期值、新值。当且仅当预期值和内存值相等时才将内存值修改为新值。

这里的处理逻辑就是，首先检查某块内存的值是否跟之前读取的一样，如果不一样标识期间此内存已经被别的线程更改过了，舍弃本次操作，否则说明期间没有其他线程对此内存操作，可以把新值设置给此块内存。

CAS具有原子性，它的原子性是由CPU硬件指令是实现保证的。

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## 8. 乐观锁一定就是好的吗？ ##

乐观锁虽然避免了悲观锁独占对象的现象，同时也提高了并发性能，但是也存在一定的缺点

*  乐观锁只能保证一个共享变量的原子操作，如果多一个或几个变量，乐观锁就会变得力不从心，但互斥锁能轻易解决，不管对象数量多少对象颗粒度大小
 *  长时间自旋可能会导致开销大，假如CAS长时间不成功而一直自旋，会给CPU带来很大开销。
 *  ABA问题。CAS的核心思想是想通过对比内存预值是否一样判断内存值是否被改过，但是这种判断逻辑并不严谨。比如内存值原来是A，被另外一个线程修改为B，最后又修改成A了。这样CAS就会认为内存值没有发生改变，实际上是有被其他线程改过的。 解决的思路就是引入版本号，每次变量更改就把版本号+1.

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[JUC_10. synchronized_-CSDN]: https://blog.csdn.net/weixin_51146329/article/details/127482380