JUC: 线程锁

1 面试题复盘

• 如何理解多线程，如何处理并发，线程池有哪些核心参数？
  
• Java加锁有哪几种锁？
  
• synchronized原理是什么？为什么可重入？如何获取对象的锁？
  
• JVM对原生锁做了哪些优化？
  
• 什么是锁清除和锁粗化？
  
• 乐观锁是什么？synchronized与乐观锁什么区别？
  
• volatile有什么作用？
  
• ReentrantLock原理是什么？
  
• AQS框架原理介绍一下？
  
• 简单说说Lock
  
• 是否使用过CountDownLanch? 如何使用？
  

2 乐观锁与悲观锁

（1）悲观锁

synchronized和Lock都是悲观锁， 同一时间点，有且只有一个线程能够访问对应的资源。 写操作多的场景使用。
（2）乐观锁

认为自己在使用数据时，不会有别的线程修改数据或资源，所以不会添加锁。只是在更新资源的时候，需要去判断当前数据有没有别的线程更新过。判断规则有：

• 版本号机制version，每一次更新一个版本号。
  
• 采用CAS算法，Java原子类中的递增操作就通过CAS自旋实现的。比较并交换
  

3 锁是什么

（1）锁案例演示  - synchronized的三种应用方式

1. // 1. 对象锁：对于非静态方法使用synchronized就是加的对象锁，获得的是这个对象(this)作为锁
2. public synchronized void sentEmail(){
3.     try {
4.         TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
5.     } catch (InterruptedException e) {
6.         throw new RuntimeException(e);
7.     }
8.     System.out.println("sent email");
9. }
11. // 2. 类锁：对于静态方法或使用synchronized就是加的类锁，获得的是这个类对象(.class)作为锁
12. public static synchronized void sentSMS(){
13.     System.out.println("sent SMS");
14. }
16. // 3. 代码块，使用的是synchronized括号内的对象
17. public void testSynchronized(){
18.     synchronized (this){
19.         System.out.println("testSynchronized");
20.     }
21. }

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（2）从字节码角度分析synchronized实现

• javap -c ***.class文件反编译
  

1. javap -c a.class #         ​​反汇编代码​​，输出每个方法的 Java 字节码指令（指令集）
2. -v或 -verbose # 输出​​最详细的附加信息​​，包括版本号、常量池、方法描述符（签名）、栈大小等

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• synchronized同步代码块
  

1. public void testSynchronized(){
2.     synchronized (this){
3.         System.out.println("testSynchronized");
4.     }
5. }

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1. public void testSynchronized();
2.     Code:
3.        0: aload_0
4.        1: dup
5.        2: astore_1
6.        3: monitorenter # 获取锁
7.        4: getstatic     #26                 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
8.        7: ldc           #44                 // String testSynchronized
9.        9: invokevirtual #34                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
10.       12: aload_1
11.       13: monitorexit # 释放锁
12.       14: goto          22
13.       17: astore_2
14.       18: aload_1
15.       19: monitorexit # 异常情况也可以释放锁
16.       20: aload_2
17.       21: athrow
18.       22: return
19.     Exception table:
20.        from    to  target type
21.            4    14    17   any
22.           17    20    17   any
23. }

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• synchronized对象锁
  

-v

1. public synchronized void sentEmail(){
2.     System.out.println("sent email");
3. }

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1.   public synchronized void sentEmail();
2.     descriptor: ()V
3.     flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED # 会检查对象的ACC_SYNCHRONIZED是否被设置，如果设置了，则会持有monitor直到方法完成释放
4.     Code:
5.       stack=2, locals=1, args_size=1
6.          0: getstatic     #7                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
7.          3: ldc           #13                 // String sent email
8.          5: invokevirtual #15                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
9.          8: return
10.       LineNumberTable:
11.         line 31: 0
12.         line 32: 8
13.       LocalVariableTable:
14.         Start  Length  Slot  Name   Signature
15.             0       9     0  this   Lcom/thread/sgg/juc/Phone;

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• synchronized类锁
  

1. public static synchronized void sentSMS(){
2.     System.out.println("sent SMS");
3. }

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1.   public static synchronized void sentSMS();
2.     descriptor: ()V
3.     flags: (0x0029) ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_SYNCHRONIZED # 根据是否有ACC_STATIC是否存在判断应该是类锁还是对象锁
4.     Code:
5.       stack=2, locals=0, args_size=0
6.          0: getstatic     #7                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
7.          3: ldc           #21                 // String sent SMS
8.          5: invokevirtual #15                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
9.          8: return
10.       LineNumberTable:
11.         line 34: 0
12.         line 35: 8

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（3）反编译synchronized锁的是什么

为什么任何一个对象都可以成为一个锁？
Object是任何类的父类
什么是管程monitor？
monitor是一种程序结构，结构内的多个子程序(对象或模块)形成的多个工作线程互斥访问共享资源。
这些共享资源一般是硬件设备或一群变量。对共享变量能够进行的所有操作集中在一个模块中。(把信号量及其操作原语“封装”在一个对象内部)管程实现了在一个时间点，最多只有一个线程在执行管程的某个子程序。管程提供了一种机制，管程可以看做一个软件模块，它是将共享的变量和对于这些共享变量的操作封装起来，形成一个具有一定接口的功能模块，进程可以调用管程来实现进程级别的并发控制。

1. //结构体如下
2. ObjectMonitor::ObjectMonitor() {  
3.   _header       = NULL;  
4.   _count       = 0;   // 该线程获取锁的次数
5.   _waiters      = 0,  
6.   _recursions   = 0;       //线程的重入次数
7.   _object       = NULL;  
8.   _owner        = NULL;    //标识拥有该monitor的线程
9.   _WaitSet      = NULL;    //等待线程组成的双向循环链表，_WaitSet是第一个节点
10.   _WaitSetLock  = 0 ;  
11.   _Responsible  = NULL ;  
12.   _succ         = NULL ;  
13.   _cxq          = NULL ;    //多线程竞争锁进入时的单向链表
14.   FreeNext      = NULL ;  
15.   _EntryList    = NULL ;    //_owner从该双向循环链表中唤醒线程结点，_EntryList是第一个节点
16.   _SpinFreq     = 0 ;  
17.   _SpinClock    = 0 ;  
18.   OwnerIsThread = 0 ;  
19. }  

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4 公平锁与非公平锁

公平锁：多个线程按照申请锁的顺序获取锁
非公平锁：不按照顺序获取锁，可能导致某些线程处于饥饿状态
为什么有公平和非公平锁的设计？为什么默认非公平锁？
非公平锁能减少线程切换，减少CPU空闲状态的时间，效率较高。

1. public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
2.     abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
3.         ...
4.     }
5.         
6.     /**
7.      * Sync object for non-fair locks
8.      */
9.     static final class NonfairSync extends Sync {
10.                 ...
11.     }
13.     /**
14.      * Sync object for fair locks
15.      */
16.     static final class FairSync extends Sync {
17.         ...
18.     }
19.     public ReentrantLock() {
20.         sync = new NonfairSync();
21.     }
22.     public ReentrantLock(boolean fair) {
23.         sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
24.     }

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5 可重入锁（递归锁）

是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，再进入该线程的内层方法会自动获取锁(前提，锁对象得是同一个对象)，不会因为之前已经获取过还没释放而阻塞。

• 可重入锁的种类
  
  
  
  • 隐式：synchronized（自动多次释放）
    
  • 显示：ReentrantLock（手动多次释放）
    
  
  

6 死锁及排查

死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中,因争夺双方持有的资源而造成的一种互相等待的现象,若无外力干涉那它们都将无法推进下去，如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足!死锁出现的可能性就很低，否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁。

1. jps  # 查看Java进程编号
2. jstack 进程编号 # 查看死锁情况

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7 写锁（独占）与读锁（共享）

8 自旋锁SpinLock

9 无锁-独占锁-读写锁-邮戳锁

10 无锁-偏向锁-轻量锁-重量锁


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