java面试一、1.4锁机制

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1.3、锁机制

• 说说线程安全问题，什么是线程安全，如何保证线程安全

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线程安全：当多个线程访问某一个类（对象或方法）时，这个类始终都能表现出正确的行为，那么这个类（对象或方法）就是线程安全的。
非线程安全：非线程主要是指多个线程对同一个对象中的同一个实例变量进行操作时会出现值被更改、值不同步的情况，进而影响程序的执行流程。

按照“线程安全”的安全程度由强到弱来排序，我们可以将java语言中各种操作共享的数据分为以下5类：不可变、绝对线程安全、相对线程安全、线程兼容和线程对立。

线程安全的实现方法：
保证线程安全以是否需要同步手段分类，分为同步方案和无需同步方案。

1、互斥同步
        互斥同步是最常见的一种并发正确性保障手段。同步是指在多线程并发访问共享数据时，保证共享数据在同一时刻只被一个线程使用（同一时刻，只有一个线程在操作共享数据）。而互斥是实现同步的一种手段，临界区、互斥量和信号量都是主要的互斥实现方式。因此，在这4个字里面，互斥是因，同步是果；互斥是方法，同步是目的。
       在java中，最基本的互斥同步手段就是synchronized关键字，synchronized关键字编译之后，会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这两个字节码质量，这两个字节码指令都需要一个reference类型的参数来指明要锁定和解锁的对象。
        此外，ReentrantLock也是通过互斥来实现同步。在基本用法上，ReentrantLock与synchronized很相似，他们都具备一样的线程重入特性。
       互斥同步最主要的问题就是进行线程阻塞和唤醒所带来的性能问题，因此这种同步也成为阻塞同步。从处理问题的方式上说，互斥同步属于一种悲观的并发策略，总是认为只要不去做正确地同步措施（例如加锁），那就肯定会出现问题，无论共享数据是否真的会出现竞争，它都要进行加锁。

2、非阻塞同步 
       随着硬件指令集的发展，出现了基于冲突检测的乐观并发策略，通俗地说，就是先进行操作，如果没有其他线程争用共享数据，那操作就成功了；如果共享数据有争用，产生了冲突，那就再采用其他的补偿措施。（最常见的补偿错误就是不断地重试，直到成功为止），这种乐观的并发策略的许多实现都不需要把线程挂起，因此这种同步操作称为非阻塞同步。
        非阻塞的实现CAS（compareandswap）：CAS指令需要有3个操作数，分别是内存地址（在java中理解为变量的内存地址，用V表示）、旧的预期值（用A表示）和新值（用B表示）。CAS指令执行时，当且仅当V处的值符合旧预期值A时，处理器用B更新V处的值，否则它就不执行更新，但是无论是否更新了V处的值，都会返回V的旧值，上述的处理过程是一个原子操作。

3、无需同步方案
要保证线程安全，并不是一定就要进行同步，两者没有因果关系。同步只是保证共享数据争用时的正确性的手段，如果一个方法本来就不涉及共享数据，那它自然就无需任何同步操作去保证正确性，因此会有一些代码天生就是线程安全的。
1）可重入代码
       可重入代码（ReentrantCode）也称为纯代码（Pure Code），可以在代码执行的任何时刻中断它，转而去执行另外一段代码，而在控制权返回后，原来的程序不会出现任何错误。所有的可重入代码都是线程安全的，但是并非所有的线程安全的代码都是可重入的。
       可重入代码的特点是不依赖存储在堆上的数据和公用的系统资源、用到的状态量都是由参数中传入、不调用 非可重入的方法等。
2）线程本地存储
如果一段代码中所需的数据必须与其他代码共享，那就看看这些共享数据的代码是否能保证在同一个线程中执行？如果能保证，我们就可以把共享数据的可见范围限制在同一个线程之内。这样无需同步也能保证线程之间不出现数据的争用问题。

• 重入锁的概念，重入锁为什么可以防止死锁

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• 产生死锁的四个条件（互斥、请求与保持、不剥夺、循环等待）

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产生死锁的四个必要条件：

（1） 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。

（2） 请求和保持条件：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） 不可抢占条件:进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺，只能在进程使用完时由自己释放。

（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。

• 如何检查死锁（通过jConsole检查死锁）

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• volatile 实现原理（禁止指令重排、刷新内存）

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• synchronized 实现原理（对象监视器）

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• synchronized 与 lock 的区别

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• AQS同步队列

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• CAS无锁的概念、乐观锁和悲观锁

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• 常见的原子操作类

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JDK1.5提供了java.util.concurrent.atomic包，可以线程安全的更新一个变量。

Atomic包里一个提供了12个类（Java8中看到17中），属于4种类型的原子更新方式：

原子更新基本类型 3
原子更新数组 3
原子更新引用 3
原子更新属性（字段）3
其他 5

java8 提供的包 java.concurrent.atomic 包含了许多有用的类实现原子操作。原子操作是多个线程同时执行，确保其是安全的，且并不需要synchronized 关键字。这里介绍 AtomicInteger、AtomicBoolean, AtomicLong 和 AtomicReference，这里主要演示AtomicInteger类。
本质上，原子操作严重依赖于比较与交换（CAS），它是由多数现代CPU直接支持的原子指令。这些指令通常比同步块要快。所以在只需要并发修改单个可变变量的情况下，我建议你优先使用原子类，而不是使用锁机制实现。

• 什么是ABA问题，出现ABA问题JDK是如何解决的

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• 乐观锁的业务场景及实现方式

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