并发面试专题 一般有用 看1

Posted 2023-04-15 十一vs十一

Synchronized 相 关 问 题

问 题 一 ： Synchronized 用 过 吗 ， 其 原 理 是 什 么 ？

这 是 一 道 Java 面 试 中 几 乎 百 分 百 会 问 到 的 问 题 ， 因 为 没 有 任 何 写 过 并

发 程 序 的 开 发 者 会 没 听 说 或 者 没 接 触 过 Synchronized。

Synchronized 是 由 JVM 实 现 的 一 种 实 现 互 斥 同 步 的 一 种 方 式 ， 如 果

你 查 看 被 Synchronized 修 饰 过 的 程 序 块 编 译 后 的 字 节 码 ， 会 发 现 ，

被

Synchronized

修 饰 过 的 程 序 块 ， 在 编 译 前 后 被 编 译 器 生 成 了

monitorenter 和 monitorexit 两 个 字 节 码 指 令 。

这 两 个 指 令 是 什 么 意 思 呢 ？

在 虚 拟 机 执 行 到 monitorenter 指 令 时 ， 首 先 要 尝 试 获 取 对 象 的 锁 ：

如 果 这 个 对 象 没 有 锁 定 ， 或 者 当 前 线 程 已 经 拥 有 了 这 个 对 象 的 锁 ， 把 锁

的 计 数 器 +1； 当 执 行 monitorexit 指 令 时 将 锁 计 数 器 -1； 当 计 数 器

为 0 时 ， 锁 就 被 释 放 了 。

如 果 获 取 对 象 失 败 了 ， 那 当 前 线 程 就 要 阻 塞 等 待 ， 直 到 对 象 锁 被 另 外 一

个 线 程 释 放 为 止 。

Java 中 Synchronize 通 过 在 对 象 头 设 置 标 记 ， 达 到 了 获 取 锁 和 释 放

锁 的 目 的 。

问 题 二 ： 你 刚 才 提 到 获 取 对 象 的 锁 ， 这 个 “ 锁 ” 到 底 是 什 么 ？ 如 何 确 定

对 象 的 锁 ？

“ 锁 ” 的 本 质 其 实 是 monitorenter 和 monitorexit 字 节 码 指 令 的 一

个 Reference 类 型 的 参 数 ， 即 要 锁 定 和 解 锁 的 对 象 。 我 们 知 道 ， 使 用Synchronized 可 以 修 饰 不 同 的 对 象 ， 因 此 ， 对 应 的 对 象 锁 可 以 这 么 确

定 。

1. 如 果 Synchronized 明 确 指 定 了 锁 对 象 ， 比 如 Synchronized（ 变 量

名 ） 、 Synchronized(this) 等 ， 说 明 加 解 锁 对 象 为 该 对 象 。

2. 如 果 没 有 明 确 指 定 ：

若 Synchronized 修 饰 的 方 法 为 非 静 态 方 法 ， 表 示 此 方 法 对 应 的 对 象 为

锁 对 象 ；

若 Synchronized 修 饰 的 方 法 为 静 态 方 法 ， 则 表 示 此 方 法 对 应 的 类 对 象

为 锁 对 象 。

注 意 ， 当 一 个 对 象 被 锁 住 时 ， 对 象 里 面 所 有 用 Synchronized 修 饰 的

方 法 都 将 产 生 堵 塞 ， 而 对 象 里 非 Synchronized 修 饰 的 方 法 可 正 常 被

调 用 ， 不 受 锁 影 响 。

问 题 三 ： 什 么 是 可 重 入 性 ， 为 什 么 说 Synchronized 是 可 重 入 锁 ？

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 。

比 如 下 面 的 伪 代 码 ， 一 个 类 中 的 同 步 方 法 调 用 另 一 个 同 步 方 法 ， 假 如

Synchronized 不 支 持 重 入 ， 进 入 method2 方 法 时 当 前 线 程 获 得 锁 ，

method2 方 法 里 面 执 行 method1 时 当 前 线 程 又 要 去 尝 试 获 取 锁 ， 这

时 如 果 不 支 持 重 入 ， 它 就 要 等 释 放 ， 把 自 己 阻 塞 ， 导 致 自 己 锁 死 自 己 。

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对 Synchronized 来 说 ， 可 重 入 性 是 显 而 易 见 的 ， 刚 才 提 到 ， 在 执 行

monitorenter 指 令 时 ， 如 果 这 个 对 象 没 有 锁 定 ， 或 者 当 前 线 程 已 经 拥有 了 这 个 对 象 的 锁 （ 而 不 是 已 拥 有 了 锁 则 不 能 继 续 获 取 ） ， 就 把 锁 的 计

数 器 +1， 其 实 本 质 上 就 通 过 这 种 方 式 实 现 了 可 重 入 性 。

问 题 四 ： JVM 对 Java 的 原 生 锁 做 了 哪 些 优 化 ？

在 Java 6 之 前 ， Monitor 的 实 现 完 全 依 赖 底 层 操 作 系 统 的 互 斥 锁 来

实 现 ， 也 就 是 我 们 刚 才 在 问 题 二 中 所 阐 述 的 获 取 /释 放 锁 的 逻 辑 。

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 要 将 一

个 线 程 进 行 阻 塞 或 唤 起 都 需 要 操 作 系 统 的 协 助 ， 这 就 需 要 从 用 户 态 切 换

到 内 核 态 来 执 行 ， 这 种 切 换 代 价 十 分 昂 贵 ， 很 耗 处 理 器 时 间 ， 现 代 JDK

中 做 了 大 量 的 优 化 。

一 种 优 化 是 使 用 自 旋 锁 ， 即 在 把 线 程 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

执 行 阻 塞 操 作 ， 避 免 了 用 户 态 到 内 核 态 的 切 换 。

现 代 JDK 中 还 提 供 了 三 种 不 同 的 Monitor 实 现 ， 也 就 是 三 种 不 同 的

锁 ：

 偏 向 锁 （ Biased Locking）

 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 适 合 的 锁 实 现 ， 这 就 是 锁 的 升 级 、

降 级 。

 当 没 有 竞 争 出 现 时 ， 默 认 会 使 用 偏 向 锁 。JVM 会 利 用 CAS 操 作 ， 在 对 象 头 上 的 Mark Word 部 分 设 置 线 程

ID， 以 表 示 这 个 对 象 偏 向 于 当 前 线 程 ， 所 以 并 不 涉 及 真 正 的 互 斥 锁 ， 因

为 在 很 多 应 用 场 景 中 ， 大 部 分 对 象 生 命 周 期 中 最 多 会 被 一 个 线 程 锁 定 ，

使 用 偏 斜 锁 可 以 降 低 无 竞 争 开 销 。

 如 果 有 另 一 线 程 试 图 锁 定 某 个 被 偏 斜 过 的 对 象 ， JVM 就 撤 销 偏 斜 锁 ，

切 换 到 轻 量 级 锁 实 现 。

 轻 量 级 锁 依 赖 CAS 操 作 Mark Word 来 试 图 获 取 锁 ， 如 果 重 试 成 功 ，

就 使 用 普 通 的 轻 量 级 锁 ； 否 则 ， 进 一 步 升 级 为 重 量 级 锁 。

问 题 五 ： 为 什 么 说 Synchronized 是 非 公 平 锁 ？

非 公 平 主 要 表 现 在 获 取 锁 的 行 为 上 ， 并 非 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 的 目 的 是 为 了 提 高 执 行 性 能 ， 缺 点 是 可 能 会 产 生 线 程 饥 饿 现 象 。

问 题 六 ： 什 么 是 锁 消 除 和 锁 粗 化 ？

 锁 消 除 ： 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 。 主 要 根 据 逃 逸 分 析 。

程 序 员 怎 么 会 在 明 知 道 不 存 在 数 据 竞 争 的 情 况 下 使 用 同 步 呢 ？ 很 多 不 是

程 序 员 自 己 加 入 的 。

 锁 粗 化 ： 原 则 上 ， 同 步 块 的 作 用 范 围 要 尽 量 小 。 但 是 如 果 一 系 列 的 连 续

操 作 都 对 同 一 个 对 象 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 的 性 能 损 耗 。

锁 粗 化 就 是 增 大 锁 的 作 用 域 。

 

问 题 七 ： 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 是 悲 观 的 ：

不 管 是 否 会 产 生 竞 争 ， 任 何 的 数 据 操 作 都 必 须 要 加 锁 、 用 户 态 核 心 态 转

换 、 维 护 锁 计 数 器 和 检 查 是 否 有 被 阻 塞 的 线 程 需 要 被 唤 醒 等 操 作 。

随 着 硬 件 指 令 集 的 发 展 ， 我 们 可 以 使 用 基 于 冲 突 检 测 的 乐 观 并 发 策 略 。

先 进 行 操 作 ， 如 果 没 有 其 他 线 程 征 用 数 据 ， 那 操 作 就 成 功 了 ；

如 果 共 享 数 据 有 征 用 ， 产 生 了 冲 突 ， 那 就 再 进 行 其 他 的 补 偿 措 施 。 这 种

乐 观 的 并 发 策 略 的 许 多 实 现 不 需 要 线 程 挂 起 ， 所 以 被 称 为 非 阻 塞 同 步 。

乐 观 锁 的 核 心 算 法 是 CAS（ Compareand Swap， 比 较 并 交 换 ） ， 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 样 处 理 的 逻 辑 是 ， 首 先 检 查 某 块 内 存 的 值 是 否 跟 之 前 我 读 取 时 的 一

样 ， 如 不 一 样 则 表 示 期 间 此 内 存 值 已 经 被 别 的 线 程 更 改 过 ， 舍 弃 本 次 操

作 ， 否 则 说 明 期 间 没 有 其 他 线 程 对 此 内 存 值 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 由 CPU 硬 件 指 令 实 现 保 证 ， 即 使 用

JNI 调 用 Native 方 法 调 用 由 C++ 编 写 的 硬 件 级 别 指 令 ， JDK 中 提

供 了 Unsafe 类 执 行 这 些 操 作 。

问 题 八 ： 乐 观 锁 一 定 就 是 好 的 吗 ？

乐 观 锁 避 免 了 悲 观 锁 独 占 对 象 的 现 象 ， 同 时 也 提 高 了 并 发 性 能 ， 但 它 也

有 缺 点 ：1. 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 将 变 得 力 不 从 心 ， 但 互 斥 锁 能 轻 易 解 决 ， 不 管 对 象 数 量 多 少 及 对 象

颗 粒 度 大 小 。

2. 长 时 间 自 旋 可 能 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 的 开 销 。

3. ABA 问 题 。 CAS 的 核 心 思 想 是 通 过 比 对 内 存 值 与 预 期 值 是 否 一 样 而 判

断 内 存 值 是 否 被 改 过 ， 但 这 个 判 断 逻 辑 不 严 谨 ， 假 如 内 存 值 原 来 是 A，

后 来 被 一 条 线 程 改 为 B， 最 后 又 被 改 成 了 A， 则 CAS 认 为 此 内 存 值 并

没 有 发 生 改 变 ， 但 实 际 上 是 有 被 其 他 线 程 改 过 的 ， 这 种 情 况 对 依 赖 过 程

值 的 情 景 的 运 算 结 果 影 响 很 大 。 解 决 的 思 路 是 引 入 版 本 号 ， 每 次 变 量 更

新 都 把 版 本 号 加 一 。

可 重 入 锁 ReentrantLock 及 其 他 显 式 锁 相 关 问 题

问 题 一 ： 跟 Synchronized 相 比 ， 可 重 入 锁 ReentrantLock 其 实 现

原 理 有 什 么 不 同 ？

其 实 ， 锁 的 实 现 原 理 基 本 是 为 了 达 到 一 个 目 的 ：

让 所 有 的 线 程 都 能 看 到 某 种 标 记 。

Synchronized 通 过 在 对 象 头 中 设 置 标 记 实 现 了 这 一 目 的 ， 是 一 种 JVM

原 生 的 锁 实 现 方 式 ， 而 ReentrantLock 以 及 所 有 的 基 于 Lock 接 口 的

实 现 类 ， 都 是 通 过 用 一 个 volitile 修 饰 的 int 型 变 量 ， 并 保 证 每 个 线

程 都 能 拥 有 对 该 int 的 可 见 性 和 原 子 修 改 ， 其 本 质 是 基 于 所 谓 的 AQS

框 架 。

问 题 二 ： 那 么 请 谈 谈 AQS 框 架 是 怎 么 回 事 儿 ？AQS（ AbstractQueuedSynchronizer 类 ） 是 一 个 用 来 构 建 锁 和 同 步 器

的 框 架 ， 各 种

Lock

包 中 的 锁 （ 常 用 的 有

ReentrantLock、

ReadWriteLock） ， 以 及 其 他 如 Semaphore、 CountDownLatch， 甚

至 是 早 期 的 FutureTask 等 ， 都 是 基 于 AQS 来 构 建 。

1. AQS 在 内 部 定 义 了 一 个 volatile int state 变 量 ， 表 示 同 步 状 态 ： 当 线

程 调 用 lock 方 法 时 ， 如 果 state=0， 说 明 没 有 任 何 线 程 占 有 共 享 资 源

的 锁 ， 可 以 获 得 锁 并 将 state=1； 如 果 state=1， 则 说 明 有 线 程 目 前 正 在

使 用 共 享 变 量 ， 其 他 线 程 必 须 加 入 同 步 队 列 进 行 等 待 。

2. AQS 通 过 Node 内 部 类 构 成 的 一 个 双 向 链 表 结 构 的 同 步 队 列 ， 来 完 成 线

程 获 取 锁 的 排 队 工 作 ， 当 有 线 程 获 取 锁 失 败 后 ， 就 被 添 加 到 队 列 末 尾 。

o Node 类 是 对 要 访 问 同 步 代 码 的 线 程 的 封 装 ， 包 含 了 线 程 本 身 及 其 状 态 叫

waitStatus（ 有 五 种 不 同

取 值 ， 分 别 表 示 是 否 被 阻 塞 ， 是 否 等 待 唤 醒 ，

是 否 已 经 被 取 消 等 ） ， 每 个 Node 结 点 关 联 其 prev 结 点 和 next 结

点 ， 方 便 线 程 释 放 锁 后 快 速 唤 醒 下 一 个 在 等 待 的 线 程 ， 是 一 个 FIFO 的 过

程 。

o Node 类 有 两 个 常 量 ， SHARED 和 EXCLUSIVE， 分 别 代 表 共 享 模 式 和 独

占 模 式 。 所 谓 共 享 模 式 是 一 个 锁 允 许 多 条 线 程 同 时 操 作 （ 信 号 量

Semaphore 就 是 基 于 AQS 的 共 享 模 式 实 现 的 ） ， 独 占 模 式 是 同 一 个 时

间 段 只 能 有 一 个 线 程 对 共 享 资 源 进 行 操 作 ， 多 余 的 请 求 线 程 需 要 排 队 等 待

（ 如 ReentranLock） 。

3. AQS 通 过 内 部 类 ConditionObject 构 建 等 待 队 列 （ 可 有 多 个 ） ， 当

Condition

调 用

wait()

方 法 后 ， 线 程 将 会 加 入 等 待 队 列 中 ， 而 当Condition 调 用 signal() 方 法 后 ， 线 程 将 从 等 待 队 列 转 移 动 同 步 队 列 中

进 行 锁 竞 争 。

4. AQS 和 Condition 各 自 维 护 了 不 同 的 队 列 ， 在 使 用

Lock

和

Condition 的 时 候 ， 其 实 就 是 两 个 队 列 的 互 相 移 动 。

问 题 三 ： 请 尽 可 能 详 尽 地 对 比 下 Synchronized 和 ReentrantLock

的 异 同 。

ReentrantLock 是 Lock 的 实 现 类 ， 是 一 个 互 斥 的 同 步 锁 。

从 功 能 角 度 ， ReentrantLock 比 Synchronized 的 同 步 操 作 更 精 细

（ 因 为 可 以 像 普 通 对 象 一 样 使 用 ） ， 甚 至 实 现 Synchronized 没 有 的

高 级 功 能 ， 如 ：

 等 待 可 中 断 ： 当 持 有 锁 的 线 程 长 期 不 释 放 锁 的 时 候 ， 正 在 等 待 的 线 程 可

以 选 择 放 弃 等 待 ， 对 处 理 执 行 时 间 非 常 长 的 同 步 块 很 有 用 。

 带 超 时 的 获 取 锁 尝 试 ： 在 指 定 的 时 间 范 围 内 获 取 锁 ， 如 果 时 间 到 了 仍 然

无 法 获 取 则 返 回 。

 可 以 判 断 是 否 有 线 程 在 排 队 等 待 获 取 锁 。

 可 以 响 应 中 断 请 求 ： 与 Synchronized 不 同 ， 当 获 取 到 锁 的 线 程 被 中

断 时 ， 能 够 响 应 中 断 ， 中 断 异 常 将 会 被 抛 出 ， 同 时 锁 会 被 释 放 。

 可 以 实 现 公 平 锁 。

从 锁 释 放 角 度 ， Synchronized 在 JVM 层 面 上 实 现 的 ， 不 但 可 以 通 过

一 些 监 控 工 具 监 控 Synchronized 的 锁 定 ， 而 且 在 代 码 执 行 出 现 异 常

时 ， JVM 会 自 动 释 放 锁 定 ； 但 是 使 用 Lock 则 不 行 ， Lock 是 通 过 代码 实 现 的 ， 要 保 证 锁 定 一 定 会 被 释 放 ， 就 必 须 将

unLock()

放 到

finally 中 。

从 性 能 角 度 ， Synchronized

早 期 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 其 进 行 了 非 常 多 的 改 进 ， 在 竞 争 不 激 烈 时 ，

Synchronized

的 性 能 要 优 于

ReetrantLock； 在 高 竞 争 情 况 下 ，

Synchronized 的 性 能 会 下 降 几 十 倍 ， 但 是 ReetrantLock 的 性 能 能 维

持 常 态 。

问 题 四 ： ReentrantLock 是 如 何 实 现 可 重 入 性 的 ？

ReentrantLock 内 部 自 定 义 了 同 步 器 Sync（ Sync 既 实 现 了 AQS，

又 实 现 了 AOS， 而 AOS 提 供 了 一 种 互 斥 锁 持 有 的 方 式 ） ， 其 实 就 是

加 锁 的 时 候 通 过 CAS 算 法 ， 将 线 程 对 象 放 到 一 个 双 向 链 表 中 ， 每 次 获

取 锁 的 时 候 ， 看 下 当 前 维 护 的 那 个 线 程 ID 和 当 前 请 求 的 线 程 ID 是 否

一 样 ， 一 样 就 可 重 入 了 。

问 题 五 ： 除 了 ReetrantLock， 你 还 接 触 过 JUC 中 的 哪 些 并 发 工 具 ？

通 常 所 说 的 并 发 包 （ JUC） 也 就 是 java.util.concurrent 及 其 子 包 ， 集

中 了 Java 并 发 的 各 种 基 础 工 具 类 ， 具 体 主 要 包 括 几 个 方 面 ：

 提 供 了

CountDownLatch、 CyclicBarrier、 Semaphore

等 ， 比

Synchronized 更 加 高 级 ， 可 以 实 现 更 加 丰 富 多 线 程 操 作 的 同 步 结 构 。

 提 供 了 ConcurrentHashMap、 有 序 的 ConcunrrentSkipListMap， 或

者 通 过 类 似 快 照 机 制 实 现 线 程 安 全 的 动 态 数 组 CopyOnWriteArrayList

等 ， 各 种 线 程 安 全 的 容 器 。 提 供 了 ArrayBlockingQueue、 SynchorousQueue 或 针 对 特 定 场 景 的

PriorityBlockingQueue 等 ， 各 种 并 发 队 列 实 现 。

 强 大 的 Executor 框 架 ， 可 以 创 建 各 种 不 同 类 型 的 线 程 池 ， 调 度 任 务 运

行 等 。

问 题 六 ： 请 谈 谈 ReadWriteLock 和 StampedLock。

虽 然 ReentrantLock 和 Synchronized 简 单 实 用 ， 但 是 行 为 上 有 一

定 局 限 性 ， 要 么 不 占 ， 要 么 独 占 。 实 际 应 用 场 景 中 ， 有 时 候 不 需 要 大 量

竞 争 的 写 操 作 ， 而 是 以 并 发 读 取 为 主 ， 为 了 进 一 步 优 化 并 发 操 作 的 粒

度 ， Java 提 供 了 读 写 锁 。

读 写 锁 基 于 的 原 理 是 多 个 读 操 作 不 需 要 互 斥 ， 如 果 读 锁 试 图 锁 定 时 ， 写

锁 是 被 某 个 线 程 持 有 ， 读 锁 将 无 法 获 得 ， 而 只 好 等 待 对 方 操 作 结 束 ， 这

样 就 可 以 自 动 保 证 不 会 读 取 到 有 争 议 的 数 据 。

ReadWriteLock

代 表 了 一 对 锁 ， 下 面 是 一 个 基 于 读 写 锁 实 现 的 数 据 结

构 ， 当 数 据 量 较 大 ， 并 发 读 多 、 并 发 写 少 的 时 候 ， 能 够 比 纯 同 步 版 本 凸

显 出 优 势 ：·

读 写 锁 看 起 来 比

Synchronized

的 粒 度 似 乎 细 一 些 ， 但 在 实 际 应 用

中 ， 其 表 现 也 并 不 尽 如 人 意 ， 主 要 还 是 因 为 相 对 比 较 大 的 开 销 。

所 以 ， JDK 在 后 期 引 入 了 StampedLock， 在 提 供 类 似 读 写 锁 的 同 时 ，

还 支 持 优 化 读 模 式 。 优 化 读 基 于 假 设 ， 大 多 数 情 况 下 读 操 作 并 不 会 和 写

操 作 冲 突 ， 其 逻 辑 是 先 试 着 修 改 ， 然 后 通 过 validate 方 法 确 认 是 否 进

入 了 写 模 式 ， 如 果 没 有 进 入 ， 就 成 功 避 免 了 开 销 ； 如 果 进 入 ， 则 尝 试 获

取 读 锁 。·

问 题 七 ： 如 何 让 Java 的 线 程 彼 此 同 步 ？ 你 了 解 过 哪 些 同 步 器 ？ 请 分 别

介 绍 下 。

JUC

中 的 同 步 器 三 个 主 要 的 成 员 ： CountDownLatch、 CyclicBarrier

和 Semaphore， 通 过 它 们 可 以 方 便 地 实 现 很 多 线 程 之 间 协 作 的 功 能 。

CountDownLatch

叫 倒 计 数 ， 允 许 一 个 或 多 个 线 程 等 待 某 些 操 作 完

成 。 看 几 个 场 景 ：

 跑 步 比 赛 ， 裁 判 需 要 等 到 所 有 的 运 动 员 （ “ 其 他 线 程 ” ） 都 跑 到 终 点

（ 达 到 目 标 ） ， 才 能 去 算 排 名 和 颁 奖 。

 模 拟 并 发 ， 我 需 要 启 动 100 个 线 程 去 同 时 访 问 某 一 个 地 址 ， 我 希 望 它

们 能 同 时 并 发 ， 而 不 是 一 个 一 个 的 去 执 行 。用 法 ： CountDownLatch

构 造 方 法 指 明 计 数 数 量 ， 被 等 待 线 程 调 用

countDown 将 计 数 器 减 1， 等 待 线 程 使 用 await 进 行 线 程 等 待 。 一

个 简 单 的 例 子 ：

CyclicBarrier

叫 循 环 栅 栏 ， 它 实 现 让 一 组 线 程 等 待 至 某 个 状 态 之 后 再

全 部 同 时 执 行 ， 而 且 当 所 有 等 待 线 程 被 释 放 后 ， CyclicBarrier

可 以 被

重 复 使 用 。 CyclicBarrier 的 典 型 应 用 场 景 是 用 来 等 待 并 发 线 程 结 束 。

CyclicBarrier 的 主 要 方 法 是 await()， await() 每 被 调 用 一 次 ， 计 数 便

会 减 少 1， 并 阻 塞 住 当 前 线 程 。 当 计 数 减 至 0 时 ， 阻 塞 解 除 ， 所 有 在

此 CyclicBarrier 上 面 阻 塞 的 线 程 开 始 运 行 。

在 这 之 后 ， 如 果 再 次 调 用 await()， 计 数 就 又 会 变 成 N-1， 新 一 轮 重 新

开 始 ， 这 便 是 Cyclic 的 含 义 所 在 。 CyclicBarrier.await() 带 有 返 回

值 ， 用 来 表 示 当 前 线 程 是 第 几 个 到 达 这 个 Barrier 的 线 程 。举 例 说 明 如 下 ：

·

Semaphore， Java

版 本 的 信 号 量 实 现 ， 用 于 控 制 同 时 访 问 的 线 程 个

数 ， 来 达 到 限 制 通 用 资 源 访 问 的 目 的 ， 其 原 理 是 通 过 acquire() 获 取 一

个 许 可 ， 如 果 没 有 就 等 待 ， 而 release() 释 放 一 个 许 可 。如 果 Semaphore 的 数 值 被 初 始 化 为 1， 那 么 一 个 线 程 就 可 以 通 过

acquire 进 入 互 斥 状 态 ， 本 质 上 和 互 斥 锁 是 非 常 相 似 的 。 但 是 区 别 也 非

常 明 显 ， 比 如 互 斥 锁 是 有 持 有 者 的 ， 而 对 于 Semaphore 这 种 计 数 器 结

构 ， 虽 然 有 类 似 功 能 ， 但 其 实 不 存 在 真 正 意 义 的 持 有 者 ， 除 非 我 们 进 行

扩 展 包 装 。

问 题 八 ： CyclicBarrier 和 CountDownLatch 看 起 来 很 相 似 ， 请 对 比

下 呢 ？

它 们 的 行 为 有 一 定 相 似 度 ， 区 别 主 要 在 于 ：

 CountDownLatch 是 不 可 以 重 置 的 ， 所 以 无 法 重 用 ， CyclicBarrier 没

有 这 种 限 制 ， 可 以 重 用 。

 CountDownLatch

的 基 本 操 作 组 合 是

countDown/await， 调 用

await 的 线 程 阻 塞 等 待 countDown 足 够 的 次 数 ， 不 管 你 是 在 一 个 线程 还 是 多 个 线 程 里 countDown， 只 要 次 数 足 够 即 可 。 CyclicBarrier

的 基 本 操 作 组 合 就 是 await， 当 所 有 的 伙 伴 都 调 用 了 await， 才 会 继 续

进 行 任 务 ， 并 自 动 进 行 重 置 。

CountDownLatch 目 的 是 让 一 个 线 程 等 待 其 他 N 个 线 程 达 到 某 个 条

件 后 ， 自 己 再 去 做 某 个 事 （ 通 过

CyclicBarrier

的 第 二 个 构 造 方 法

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)， 在 新 线

程 里 做 事 可 以 达 到 同 样 的 效 果 ） 。 而 CyclicBarrier 的 目 的 是 让 N 多

线 程 互 相 等 待 直 到 所 有 的 都 达 到 某 个 状 态 ， 然 后 这 N 个 线 程 再 继 续 执

行 各 自 后 续 （ 通 过 CountDownLatch 在 某 些 场 合 也 能 完 成 类 似 的 效

果 ） 。

Java 线 程 池 相 关 问 题

问 题 一 ： Java 中 的 线 程 池 是 如 何 实 现 的 ？

 在 Java 中 ， 所 谓 的 线 程 池 中 的 “ 线 程 ” ， 其 实 是 被 抽 象 为 了 一 个 静 态

内 部 类

Worker， 它 基 于

AQS

实 现 ， 存 放 在 线 程 池 的

HashSet<Worker> workers 成 员 变 量 中 ；

 而 需 要 执 行 的 任 务 则 存 放 在 成 员 变 量

workQueue

（ BlockingQueue<Runnable> workQueue） 中 。

这 样 ， 整 个 线 程 池 实 现 的 基 本 思 想 就 是 ： 从 workQueue 中 不 断 取 出

需 要 执 行 的 任 务 ， 放 在 Workers 中 进 行 处 理 。

问 题 二 ： 创 建 线 程 池 的 几 个 核 心 构 造 参 数 ？

Java

中 的 线 程 池 的 创 建 其 实 非 常 灵 活 ， 我 们 可 以 通 过 配 置 不 同 的 参

数 ， 创 建 出 行 为 不 同 的 线 程 池 ， 这 几 个 参 数 包 括 ： corePoolSize： 线 程 池 的 核 心 线 程 数 。

 maximumPoolSize： 线 程 池 允 许 的 最 大 线 程 数 。

 keepAliveTime： 超 过 核 心 线 程 数 时 闲 置 线 程 的 存 活 时 间 。

 workQueue： 任 务 执 行 前 保 存 任 务 的 队 列 ， 保 存 由 execute 方 法 提 交

的 Runnable 任 务 。

问 题 三 ： 线 程 池 中 的 线 程 是 怎 么 创 建 的 ？ 是 一 开 始 就 随 着 线 程 池 的 启 动

创 建 好 的 吗 ？

显 然 不 是 的 。 线 程 池 默 认 初 始 化 后 不 启 动 Worker， 等 待 有 请 求 时 才 启

动 。

每 当 我 们 调 用

execute()

方 法 添 加 一 个 任 务 时 ， 线 程 池 会 做 如 下 判

断 ：

 如 果 正 在 运 行 的 线 程 数 量 小 于 corePoolSize， 那 么 马 上 创 建 线 程 运 行

这 个 任 务 ；

 如 果 正 在 运 行 的 线 程 数 量 大 于 或 等 于 corePoolSize， 那 么 将 这 个 任 务

放 入 队 列 ；

 如 果 这 时 候 队 列 满 了 ， 而 且 正 在 运 行 的 线 程 数 量 小 于

maximumPoolSize， 那 么 还 是 要 创 建 非 核 心 线 程 立 刻 运 行 这 个 任 务 ；

 如 果 队 列 满 了 ， 而 且 正 在 运 行 的 线 程 数 量 大 于 或 等 于

maximumPoolSize， 那 么 线 程 池 会 抛 出 异 常

RejectExecutionException。当 一 个 线 程 完 成 任 务 时 ， 它 会 从 队 列 中 取 下 一 个 任 务 来 执 行 。

当 一 个

线 程 无 事 可 做 ， 超 过 一 定 的 时 间 （ keepAliveTime） 时 ， 线 程 池 会 判

断 。

如 果 当 前 运 行 的 线 程 数 大 于

corePoolSize， 那 么 这 个 线 程 就 被 停 掉 。

所 以 线 程 池 的 所 有 任 务 完 成 后 ， 它 最 终 会 收 缩 到 corePoolSize 的 大

小 。

问 题 四 ： 既 然 提 到 可 以 通 过 配 置 不 同 参 数 创 建 出 不 同 的 线 程 池 ， 那 么

Java 中 默 认 实 现 好 的 线 程 池 又 有 哪 些 呢 ？ 请 比 较 它 们 的 异 同 。

1. SingleThreadExecutor 线 程 池

这 个 线 程 池 只 有 一 个 核 心 线 程 在 工 作 ， 也 就 是 相 当 于 单 线 程 串 行 执 行 所

有 任 务 。 如 果 这 个 唯 一 的 线 程 因 为 异 常 结 束 ， 那 么 会 有 一 个 新 的 线 程 来

替 代 它 。 此 线 程 池 保 证 所 有 任 务 的 执 行 顺 序 按 照 任 务 的 提 交 顺 序 执 行 。

 corePoolSize： 1， 只 有 一 个 核 心 线 程 在 工 作 。

 maximumPoolSize： 1。

 keepAliveTime： 0L。

 workQueue： new LinkedBlockingQueue<Runnable>()， 其 缓 冲 队 列

是 无 界 的 。

2. FixedThreadPool 线 程 池

FixedThreadPool 是 固 定 大 小 的 线 程 池 ， 只 有 核 心 线 程 。 每 次 提 交 一 个

任 务 就 创 建 一 个 线 程 ， 直 到 线 程 达 到 线 程 池 的 最 大 大 小 。 线 程 池 的 大 小

一 旦 达 到 最 大 值 就 会 保 持 不 变 ， 如 果 某 个 线 程 因 为 执 行 异 常 而 结 束 ， 那

么 线 程 池 会 补 充 一 个 新 线 程 。FixedThreadPool 多 数 针 对 一 些 很 稳 定 很 固 定 的 正 规 并 发 线 程 ， 多 用 于

服 务 器 。

 corePoolSize： nThreads

 maximumPoolSize： nThreads

 keepAliveTime： 0L

 workQueue： new LinkedBlockingQueue<Runnable>()， 其 缓 冲 队 列

是 无 界 的 。

3. CachedThreadPool 线 程 池

CachedThreadPool 是 无 界 线 程 池 ， 如 果 线 程 池 的 大 小 超 过 了 处 理 任 务

所 需 要 的 线 程 ， 那 么 就 会 回 收 部 分 空 闲 （ 60 秒 不 执 行 任 务 ） 线 程 ， 当

任 务 数 增 加 时 ， 此 线 程 池 又 可 以 智 能 的 添 加 新 线 程 来 处 理 任 务 。

线 程 池 大 小 完 全 依 赖 于 操 作 系 统 （ 或 者 说 JVM） 能 够 创 建 的 最 大 线 程

大 小 。 SynchronousQueue 是 一 个 是 缓 冲 区 为 1 的 阻 塞 队 列 。

缓 存 型 池 子 通 常 用 于 执 行 一 些 生 存 期 很 短 的 异 步 型 任 务 ， 因 此 在 一 些 面

向 连 接 的 daemon 型 SERVER 中 用 得 不 多 。 但 对 于 生 存 期 短 的 异 步

任 务 ， 它 是 Executor 的 首 选 。

 corePoolSize： 0

 maximumPoolSize： Integer.MAX_VALUE

 keepAliveTime： 60L

 workQueue： new SynchronousQueue<Runnable>()， 一 个 是 缓 冲 区

为 1 的 阻 塞 队 列 。

4. ScheduledThreadPool 线 程 池ScheduledThreadPool： 核 心 线 程 池 固 定 ， 大 小 无 限 的 线 程 池 。 此 线 程

池 支 持 定 时 以 及 周 期 性 执 行 任 务 的 需 求 。 创 建 一 个 周 期 性 执 行 任 务 的 线

程 池 。 如 果 闲 置 ， 非 核 心 线 程 池 会 在 DEFAULT_KEEPALIVEMILLIS 时

间 内 回 收 。

 corePoolSize： corePoolSize

 maximumPoolSize： Integer.MAX_VALUE

 keepAliveTime： DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS

 workQueue： new DelayedWorkQueue()

问 题 六 ： 如 何 在 Java 线 程 池 中 提 交 线 程 ？

线 程 池 最 常 用 的 提 交 任 务 的 方 法 有 两 种 ：

1. execute()： ExecutorService.execute 方 法 接 收 一 个 Runable 实

例 ， 它 用 来 执 行 一 个 任 务 ：

·

2. submit()： ExecutorService.submit() 方 法 返 回 的 是 Future 对

象 。 可 以 用 isDone() 来 查 询 Future 是 否 已 经 完 成 ， 当 任 务 完 成 时 ，

它 具 有 一 个 结 果 ， 可 以 调 用 get() 来 获 取 结 果 。 也 可 以 不 用 isDone()

进 行 检 查 就 直 接 调 用 get()， 在 这 种 情 况 下 ， get() 将 阻 塞 ， 直 至 结 果

准 备 就 绪 。Java 内 存 模 型 相 关 问 题

问 题 一 ： 什 么 是 Java 的 内 存 模 型 ， Java 中 各 个 线 程 是 怎 么 彼 此 看 到

对 方 的 变 量 的 ？

Java 的 内 存 模 型 定 义 了 程 序 中 各 个 变 量 的 访 问 规 则 ， 即 在 虚 拟 机 中 将

变 量 存 储 到 内 存 和 从 内 存 中 取 出 这 样 的 底 层 细 节 。

此 处 的 变 量 包 括 实 例 字 段 、 静 态 字 段 和 构 成 数 组 对 象 的 元 素 ， 但 是 不 包

括 局 部 变 量 和 方 法 参 数 ， 因 为 这 些 是 线 程 私 有 的 ， 不 会 被 共 享 ， 所 以 不

存 在 竞 争 问 题 。

Java 中 各 个 线 程 是 怎 么 彼 此 看 到 对 方 的 变 量 的 呢 ？ Java 中 定 义 了 主 内

存 与 工 作 内 存 的 概 念 ：

所 有 的 变 量 都 存 储 在 主 内 存 ， 每 条 线 程 还 有 自 己 的 工 作 内 存 ， 保 存 了 被

该 线 程 使 用 到 的 变 量 的 主 内 存 副 本 拷 贝 。

线 程 对 变 量 的 所 有 操 作 （ 读 取 、 赋 值 ） 都 必 须 在 工 作 内 存 中 进 行 ， 不 能

直 接 读 写 主 内 存 的 变 量 。 不 同 的 线 程 之 间 也 无 法 直 接 访 问 对 方 工 作 内 存

的 变 量 ， 线 程 间 变 量 值 的 传 递 需 要 通 过 主 内 存 。

问 题 二 ： 请 谈 谈 volatile 有 什 么 特 点 ， 为 什 么 它 能 保 证 变 量 对 所 有 线

程 的 可 见 性 ？

关 键 字 volatile 是 Java 虚 拟 机 提 供 的 最 轻 量 级 的 同 步 机 制 。 当 一 个

变 量 被 定 义 成 volatile 之 后 ， 具 备 两 种 特 性 ：

1. 保 证 此 变 量 对 所 有 线 程 的 可 见 性 。 当 一 条 线 程 修 改 了 这 个 变 量 的 值 ， 新

值 对 于 其 他 线 程 是 可 以 立 即 得 知 的 。 而 普 通 变 量 做 不 到 这 一 点 。2. 禁 止 指 令 重 排 序 优 化 。 普 通 变 量 仅 仅 能 保 证 在 该 方 法 执 行 过 程 中 ， 得 到

正 确 结 果 ， 但 是 不 保 证 程 序 代 码 的 执 行 顺 序 。

Java 的 内 存 模 型 定 义 了 8 种 内 存 间 操 作 ：

lock 和 unlock

 把 一 个 变 量 标 识 为 一 条 线 程 独 占 的 状 态 。

 把 一 个 处 于 锁 定 状 态 的 变 量 释 放 出 来 ， 释 放 之 后 的 变 量 才 能 被 其 他 线 程

锁 定 。

read 和 write

 把 一 个 变 量 值 从 主 内 存 传 输 到 线 程 的 工 作 内 存 ， 以 便 load。

 把 store 操 作 从 工 作 内 存 得 到 的 变 量 的 值 ， 放 入 主 内 存 的 变 量 中 。

load 和 store

 把 read 操 作 从 主 内 存 得 到 的 变 量 值 放 入 工 作 内 存 的 变 量 副 本 中 。

 把 工 作 内 存 的 变 量 值 传 送 到 主 内 存 ， 以 便 write。

use 和 assgin

 把 工 作 内 存 变 量 值 传 递 给 执 行 引 擎 。

 将 执 行 引 擎 值 传 递 给 工 作 内 存 变 量 值 。

volatile 的 实 现 基 于 这 8 种 内 存 间 操 作 ， 保 证 了 一 个 线 程 对 某 个

volatile 变 量 的 修 改 ， 一 定 会 被 另 一 个 线 程 看 见 ， 即 保 证 了 可 见 性 。

问 题 三 ： 既 然 volatile 能 够 保 证 线 程 间 的 变 量 可 见 性 ， 是 不 是 就 意 味

着 基 于 volatile 变 量 的 运 算 就 是 并 发 安 全 的 ？显 然 不 是 的 。 基 于 volatile 变 量 的 运 算 在 并 发 下 不 一 定 是 安 全 的 。

volatile 变 量 在 各 个 线 程 的 工 作 内 存 ， 不 存 在 一 致 性 问 题 （ 各 个 线 程 的

工 作 内 存 中 volatile 变 量 ， 每 次 使 用 前 都 要 刷 新 到 主 内 存 ） 。

但 是 Java 里 面 的 运 算 并 非 原 子 操 作 ， 导 致 volatile 变 量 的 运 算 在 并

发 下 一 样 是 不 安 全 的 。

问 题 四 ： 请 对 比 下 volatile 对 比 Synchronized 的 异 同 。

Synchronized 既 能 保 证 可 见 性 ， 又 能 保 证 原 子 性 ， 而 volatile 只 能

保 证 可 见 性 ， 无 法 保 证 原 子 性 。

ThreadLocal 和 Synchonized 都 用 于 解 决 多 线 程 并 发 访 问 ， 防 止 任 务

在 共 享 资 源 上 产 生 冲 突 。 但 是 ThreadLocal 与 Synchronized 有 本 质

的 区 别 。

Synchronized 用 于 实 现 同 步 机 制 ， 是 利 用 锁 的 机 制 使 变 量 或 代 码 块 在

某 一 时 该 只 能 被 一 个 线 程 访 问 ， 是 一 种 “ 以 时 间 换 空 间 ” 的 方 式 。

而 ThreadLocal 为 每 一 个 线 程 都 提 供 了 变 量 的 副 本 ， 使 得 每 个 线 程 在

某 一 时 间 访 问 到 的 并 不 是 同 一 个 对 象 ， 根 除 了 对 变 量 的 共 享 ， 是 一 种

“ 以 空 间 换 时 间 ” 的 方 式 。

问 题 五 ： 请 谈 谈 ThreadLocal 是 怎 么 解 决 并 发 安 全 的 ？

ThreadLocal 这 是 Java 提 供 的 一 种 保 存 线 程 私 有 信 息 的 机 制 ， 因 为

其 在 整 个 线 程 生 命 周 期 内 有 效 ， 所 以 可 以 方 便 地 在 一 个 线 程 关 联 的 不 同

业 务 模 块 之 间 传 递 信 息 ， 比 如 事 务 ID、 Cookie 等 上 下 文 相 关 信 息 。ThreadLocal 为 每 一 个 线 程 维 护 变 量 的 副 本 ， 把 共 享 数 据 的 可 见 范 围 限

制 在 同 一 个 线 程 之 内 ， 其 实 现 原 理 是 ， 在 ThreadLocal 类 中 有 一 个

Map， 用 于 存 储 每 一 个 线 程 的 变 量 的 副 本 。

问 题 六 ： 很 多 人 都 说 要 慎 用 ThreadLocal， 谈 谈 你 的 理 解 ， 使 用

ThreadLocal 需 要 注 意 些 什 么 ？

使 用 ThreadLocal 要 注 意 remove！

ThreadLocal 的 实 现 是 基 于 一 个 所 谓 的 ThreadLocalMap， 在

ThreadLocalMap 中 ， 它 的 key 是 一 个 弱 引 用 。

通 常 弱 引 用 都 会 和 引 用 队 列 配 合 清 理 机 制 使 用 ， 但 是 ThreadLocal 是

个 例 外 ， 它 并 没 有 这 么 做 。

这 意 味 着 ， 废 弃 项 目 的 回 收 依 赖 于 显 式 地 触 发 ， 否 则 就 要 等 待 线 程 结

束 ， 进 而 回 收 相 应 ThreadLocalMap！ 这 就 是 很 多 OOM 的 来 源 ， 所

以 通 常 都 会 建 议 ， 应 用 一 定 要 自 己 负 责 remove， 并 且 不 要 和 线 程 池 配

合 ， 因 为 worker 线 程 往 往 是 不 会 退 出 的 。

Java面试系列之并发编程专题-Synchronized灵魂拷问

金三银四跳槽季即将来临，想必有些猿友已经蠢蠢欲动在做相关的准备了！在接下来的日子里，笔者将坚持写作、分享Java工程师在面试求职期间的方方面面，包括简历制作、面试场景复现、面试题解答、谈薪技巧 以及 项目的实战！今天我们先拿Java里面的并发编程之Synchronized来开刀！

以下内容来自 程序员实战基地 fightjava.com 一位网友最近的面试场景，笔者尝试着将其复现，话不多说，咱们直接开撸！

 

1. 面试官：Synchronized有用过吗？谈谈你对它的理解

（1）画外音：面试官主要是想了解你有没有Java并发编程方面的经验，可以讲讲它的概念和部分原理！

（2）回答：Synchronized是Java的关键词，JVM实现的一种可以实现并发产生的多个线程互斥同步访问共