校招实习面试系列，每日10题，快速学习Java高级篇

Posted 2022-03-01 陆海潘江小C

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了校招实习面试系列，每日10题，快速学习Java高级篇相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

【校招实习面试系列，每日10题，快速学习】Java高级篇

1、ThreadLocal的应用场景有哪些？
2、ThreadLocal为什么存在内存泄露的问题，如何解决？
3、AQS是什么？
4、CAS是什么？
5、基于CAS实现的锁和synchronized有什么区别？
6、什么是自旋锁？
7、你知道ReentrantLock的特性吗？
8、volatile关键字的原理是什么？
9、HashMap为何线程不安全？
10、可重入函数和线程安全的关系是什么？

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本系列文章包括Java、算法、计算机网络、数据库、操作系统等等，本篇介绍Java的高级特性和应用。

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【亲身面经分享，校招实习面试系列】每日10题，快速学习（Java基础篇）

1、ThreadLocal的应用场景有哪些？

用作保存每个线程独享的对象，为每个线程创建一个副本，自身线程的修改不会影响其他线程的副本，保证了线程安全。
每个线程独立保存的信息，以便其他方法获取该信息。每个线程获取的信息可能都是不一样的，前者执行方法保存信息，后者可通过ThreadLocal直接获取，避免传参。类似全局变量。

在上一篇也提到在保证同步的方法中，ThreadLocal可作为程序局部变量来保证同步。

通常，面试会逐步深入一个知识点，问到ThreadLocal时，也许会更深入问接下来这个问题。

2、ThreadLocal为什么存在内存泄露的问题，如何解决？

很明显，这需要比较扎实的知识，阅读过它的源码，或者了解特性才能够回答。

ThreadLocal它内部其实是一个ThreadLocalMap，这个ThreadLocalMap的key指向当前用户执行的线程对象。
```
Thread t = Thread.currentThread()
```
ThreadLocalMap.set方法其实tab[i] = new Entry(key, value)。Entry是一个弱引用。

我们知道java弱引用，只要JVM发生GC时候就会被回收，那么问题来啦，ThreadLocalMap引用栈被回收，但它的VALUE且一直存在。在生产环境中，一个线程也许不间断运行，势必会造成内存泄漏问题。

由此可知，Map结构的key-value模式，就需要同步回收键和值的空间，来避免内存泄漏。

【解决方法】

ThreadLocal采用弱引用，但还是存在内存泄漏，因为ThreadLocal被回收，key的值变成null，则导致整个value再也无法被访问到。必须调用remove方法回收value空间。

3、AQS是什么？

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）即队列同步器，是用来构建锁或者其他同步组件的基础框架，公平锁严格FIFO队列来获取线程的排队工作。

优势：AQS实现Synchronizer减少了大量细节，如等待线程FIFO队列，应付多个竞争点。AQS的synchronizer只会在一点上发送阻塞，降低上下文切换的开销。所有的juc中基于AQS构建的synchronizer性能都较高。

总之，AQS是实现同步的类基础框架，juc包下的很多锁，比如ReentrantLock。

AQS的类图：

4、CAS是什么？

上个问题，基于AQS同步器实现的锁中，实现同步的算法很多都采用CAS。在Java.util.ConCurrent包里面很多都是用CAS来处理同步的问题，而不是直接来个synchronized来修饰。

CAS即Compare And Swap，是一种比较并交换算法。使用CAS算法实现同步的锁，通常都是乐观锁。

CAS原理：

CAS有三个操作值：内存值V、预期值A与修改值B。只有当预期值A与内存值V相同时，才会将内存值替换成B。否则，会进入下一轮循环中。

乐观锁在拿数据的时候不会去加锁，但是会在更新的时候判断此期间内有没有别的线程修改过数据。

还有一个随之而来的经典问题：ABA问题。

ABA问题：

是指当乐观锁拿到数据后，经过判断在上次到此时这段时间内，没有别的线程修改过该数据，此时数据为A。

而实际上，在此期间，存在一个线程将数据修改为B，然后又修改为A，掩盖了该数据被修改过的事实。

这就是ABA问题。

解决方法：数据标识上版本号或时间戳，避免ABA问题。

5、基于CAS实现的锁和synchronized有什么区别？

前一个题目已经讲到，基于CAS实现的是乐观锁。

乐观锁在拿数据的时候不会去加锁，但是会在更新的时候判断此期间内有没有别的线程修改过数据。

而synchronized关键字实现的是一种重量级锁，是因为在互斥状态下，没有得到锁的线程会被挂起阻塞，而挂起线程和恢复线程的操作都需要转入内核态中完成。系统开销很大。

我们经常使用的原子变量Atomic，它的实现原理是CAS+自旋。

CAS乐观锁保证原子性，通过自旋保证当次修改的最终修改成功，通过降低锁粒度（多段锁）增加并发性能。

6、什么是自旋锁？

自旋锁是一种基于CAS的锁，获取锁的线程不会被阻塞，而是循环的去获取锁。

指当一个线程在获取锁的时候，如果锁已经被其它线程获取，那么该线程将循环等待，然后不断的判断锁是否能够被成功获取，直到获取到锁才会退出循环。

自旋锁的好处是线程不用挂起阻塞，减小一定的系统开销。不足之处是可能会遇到无限循环等待，这样产生的开销也挺大。

7、你知道ReentrantLock的特性吗？

ReenTrantLock的实现是一种自旋锁，通过循环调用CAS操作来实现加锁。它的性能比较好也是因为避免了使线程进入内核态的阻塞状态。

有了前面几个问题的铺垫，确定ReetantLock锁属于哪种类型，使用什么同步方法，这里就很好理解了。

等待可中断：指当持有锁的线程长期不释放的时候，正在等待的线程可以选择放弃等待，改为处理其他事情，这对于处理执行时间非常长的同步块很有帮助。
公平锁：是指多个线程等待同一个锁时，必须按照申请锁的时间顺序排队获取；非公平锁则是任何一个等待锁的线程都有机会获得锁。

synchronized是非公平的，ReentrantLock默认也是非公平的，但可以通过构造函数的bool值设置公平锁，然而，公平锁也会导致性能急剧下降。
锁绑定多个条件：ReentrantLock对象可以同时绑定多个condition对象。在synchronized中，锁对象的wait和notify或notifyAll配合实现一个条件，多个条件时就需要增加锁；而ReentrantLock只需多次调用newCondition方法。