面试 Java 并发编程八股文十问十答第六期

作者：程序员小白条，个人博客

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1）synchronized 和 ReentrantLock 区别是什么？

• 锁的获取方式：synchronized 是隐式锁，通过在方法或代码块上加上 synchronized 关键字来获取锁，而 ReentrantLock 是显式锁，需要通过调用 lock() 方法来获取锁。
• 锁的释放方式：synchronized 在代码块执行完毕或方法返回时会自动释放锁，而 ReentrantLock 需要在 finally 块中显式调用 unlock() 方法来释放锁，确保锁的释放。
• 可重入性：ReentrantLock 是可重入锁，同一个线程可以多次获取同一把锁，而 synchronized 也是可重入的，但是要求是同一个线程在持有锁的情况下才能再次获取锁。
• 等待可中断：ReentrantLock 提供了可中断的获取锁的方式，通过调用 lockInterruptibly() 方法可以使等待锁的线程响应中断，而 synchronized 则不支持中断。
• 公平性：ReentrantLock 可以通过构造函数指定是否是公平锁，即按照线程的请求顺序来获取锁，默认是非公平锁，而 synchronized 是非公平锁。
• 扩展性：ReentrantLock 提供了更多的功能，比如可定时的、可轮询的、可中断的获取锁的方式，以及公平锁的支持等，而 synchronized 的功能相对较少。

2）volatile 关键字的作用

volatile 关键字的作用是保证变量的可见性和禁止指令重排序。具体来说，volatile 修饰的变量在多线程环境下的写操作会立即刷新到主内存，并且在读操作时会从主内存中获取最新的值，而不是使用线程私有的缓存。这样可以保证不同线程之间对该变量的操作是正确可见的。

此外，volatile 修饰的变量也禁止了指令重排序优化，保证了特定操作的执行顺序。这对于一些需要保证顺序性的场景非常重要，例如双重检查锁定（Double-Checked Locking）中的单例模式。

需要注意的是，volatile 并不能保证原子性，即不能保证多个线程同时执行的复合操作的原子性，如果需要保证原子性，需要使用其他的同步机制，比如使用 synchronized 或者使用原子类。

3）Java 中能创建 volatile 数组吗？

在 Java 中，不能直接创建 volatile 数组。volatile 关键字只能修饰类的成员变量或者类的静态变量，不能直接修饰数组。如果需要将整个数组作为一个原子性操作进行处理，可以使用 AtomicIntegerArray 或者 AtomicReferenceArray 等原子类来代替。这些原子类提供了对数组元素的原子性操作，可以满足多线程环境下对数组的需求。

4）volatle 变量和 atomic 变量有什么不同？

• 可见性：volatile 变量保证了可见性，即对一个 volatile 变量的写操作对于其他线程是可见的，而 atomic 变量也保证了可见性。
• 原子性：atomic 变量提供了一些原子性操作，例如 atomicInteger 的自增和自减操作是原子的，而 volatile 变量本身并不保证原子性。
• 内存屏障：atomic 变量通过使用底层的 CAS（Compare and Swap）操作来保证原子性，这会涉及到底层的内存屏障操作，而 volatile 变量也会使用内存屏障来保证可见性。
• 顺序性：atomic 变量提供了一些有序性保证的方法，例如使用 AtomicInteger 的 getAndSet() 方法可以保证写操作的顺序性，而 volatile 变量本身并不提供有序性保证。

5）volatile 能使得一个非原子操作变成原子操作吗？

volatile 不能使得一个非原子操作变成原子操作。volatile 只能保证可见性和禁止指令重排序，它并不能保证多个操作的原子性。如果需要保证多个操作的原子性，需要使用其他的同步机制，例如使用 synchronized 或者使用原子类。

6）volatile 修饰符的有过什么实践？

• 保证变量的可见性：使用 volatile 修饰共享变量，可以确保对该变量的写操作对其他线程是可见的，从而实现线程间的通信。
• 双重检查锁定（Double-Checked Locking）：在单例模式中，使用 volatile 修饰单例对象的引用，可以确保在多线程环境下创建单例对象的安全性。
• 控制循环条件：在某些情况下，使用 volatile 修饰循环条件可以实现线程之间的同步和协作，例如在一个线程中改变循环条件的值，从而使其他线程退出循环。
• 实现轻量级的同步：相比于 synchronized，volatile 修饰符的开销更小，适用于一些对性能要求较高的场景，例如在一些读多写少的情况下，可以使用 volatile 修饰共享变量来实现轻量级的同步。

7）synchronized 和 volatile 的区别是什么？

• 功能：synchronized 用于实现线程的互斥同步，保证同一时刻只有一个线程可以执行被 synchronized 修饰的代码块或方法；而 volatile 用于保证变量的可见性和禁止指令重排序。
• 用法：synchronized 通过在代码块或方法上加上 synchronized 关键字来获取锁，而 volatile 通过修饰变量来实现可见性和禁止指令重排序。
• 原子性：synchronized 可以保证代码块或方法的原子性，即同一时刻只有一个线程可以执行，而 volatile 本身并不保证原子性。
• 内存屏障：synchronized 使用内存屏障来保证可见性和有序性，而 volatile 也使用内存屏障来保证可见性和禁止指令重排序。
• 适用范围：synchronized 适用于复杂的线程同步场景，可以保证线程安全；而 volatile 适用于简单的变量共享场景，可以保证变量的可见性。

8）什么是不可变对象，它对写并发应用有什么帮助？

不可变对象是指创建后不可被修改的对象。它对写并发应用有很大的帮助，因为不可变对象不会发生状态的改变，所以多个线程可以同时访问不可变对象而不需要额外的同步控制。这样可以避免了线程之间的竞争和冲突，提高了并发性能和线程安全性。

不可变对象的特点是：对象创建后状态不可变、属性都是 final 和 private、没有提供修改状态的方法。常见的不可变对象有 String、Integer、BigDecimal 等。

9）Java Concurrency API 中的 Lock 接口(Lock interface)是什么？对比同步它有什么优势？

• 可中断性：Lock 接口提供了可以响应中断的获取锁的方式，通过 lockInterruptibly() 方法可以使等待锁的线程响应中断。
• 公平性：Lock 接口可以实现公平锁，即按照线程的请求顺序来获取锁。
• 条件变量：Lock 接口提供了 Condition 接口，可以通过 Condition 实现线程的等待和唤醒操作，实现更灵活的线程同步。
• 可重入性：Lock 接口和 synchronized 关键字一样，都支持可重入性，同一个线程可以多次获取同一把锁。
• 灵活性：Lock 接口提供了更多的功能，例如可定时的、可轮询的、可中断的获取锁的方式，以及公平锁的支持等。

10）乐观锁和悲观锁的理解及如何实现，有哪些实现方式？

• 乐观锁：乐观锁的思想是假设在并发情况下不会发生冲突，所以不加锁直接进行操作，当发生冲突时再进行处理。乐观锁的实现方式包括版本号机制、CAS（Compare and Swap）操作等。
• 悲观锁：悲观锁的思想是假设在并发情况下会发生冲突，所以在操作前先加锁，确保同一时刻只有一个线程可以访问共享资源。悲观锁的实现方式包括 synchronized 关键字、Lock 接口等。

乐观锁和悲观锁的选择取决于具体的应用场景和需求。乐观锁适用于读多写少的情况，可以提高并发性能；而悲观锁适用于写多读少的情况，可以保证数据的一致性和安全性。在实际应用中，可以根据具体的业务需求选择合适的锁机制。

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