Java极客思维

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开篇介绍

大家好,公众号【Java极客思维】近期会整理一些Java高频面试题分享给小伙伴,也希望看到的小伙伴在找工作过程中能够用得到!本章节主要针对Java一些多线程高频面试题进行分享。

 

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Q1:

什么是CAS算法?

CAS(compare and swap)的缩写。

        Java利用CPU的CAS指令,同时借助JNI来完成对Java的非阻塞算法,实现原子操作(其实就是自旋操作,不断循环,直到成功)。其它原子操作都是利用类似的特性来完成的。

CAS有三个关键操作值:内存值V、 预期值A 、 要修改的值B 。

当且仅当 预期值A 和 内存值V 一致时,才会将 内存值V 内容修改为 B,否则将什么都不做。

 

CAS的缺点也很明显:

在并发量比较高的情况下,如果许多线程反复尝试更新某一个变量,但是却又一直更新不成功,一直在循环(自旋),那么会给CPU带来很大的压力。

CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作,而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新,这样就不得不使用synchronized关键字进行同步操作了。

比如线程A端了一杯水放在桌子上,但是被其他事调度走了,并且释放了锁,此时线程B经过,看到桌子上的水,端起来喝了半杯,然后又给打满一杯水放在桌子上。此时虽然还是一杯水,但是杯中的水不再是原来的那杯水了,而线程A也忙完了,回头来看到桌子上还是一杯水,但是不知道水已经被替换过了。这就是典型的ABA问题,还有很多类似的场景。这种情况对依赖过程值的情景的运算结果影响很大。这是CAS机制最大的问题所在。

  • CPU开销过大

  • 不能保证代码块的原子性

  • ABA问题

 

Q2:

什么是AQS?

AQS(AbstractQueuedSynchronizer)

        AQS是JDK下提供的一套用于实现基于FIFO等待队列的阻塞锁和相关的同步器的一个同步框架。这个抽象类被设计作为一些可用原子int值来表示状态的同步器的基类。

        如果有看过类似CountDownLatch类的源码实现,会发现其内部有一个继承了AbstractQueuedSynchronizer的内部类Sync。可见CountDownLatch是基于AQS框架来实现的一个同步器。类似的同步器在JUC下还有不少(比如Semaphore)。

        AQS的核心思想是基于volatile int state 这样的volatile变量,配合Unsafe工具对其原子性的操作来实现对当前锁状态进行修改。同步器内部依赖一个FIFO的双向队列来完成资源获取线程的排队工作。

 

AQS中的数据结构 - 节点和同步队列

 

节点加入到同步队列

首节点变化

 

Q3:

volatile关键字有什么用?

Java提供了volatile关键字来保证可见性。当一个共享变量被volatile修饰时,它会保证修改的值会立即被更新到主内存中,当有其他线程需要读取时,它会去内存中读取新值。主要的原理是使用了内存指令。

  • LoadLoad重排序:一个处理器先执行一个L1读操作,再执行一个L2读操作;但是另外一个处理器看到的是先L2再L1;

  • StoreStore重排序:一个处理器先执行一个W1写操作,再执行一个W2写操作;但是另外一个处理器看到的是先W2再W1;

  • LoadStore重排序:一个处理器先执行一个L1读操作,再执行一个W2写操作;但是另外一个处理器看到的是先W2再L1;

  • StoreLoad重排序:一个处理器先执行一个W1写操作,再执行一个L2读操作;但是另外一个处理器看到的是先L2再W1。

 

Q4:

描述一下volatile关键字对原子性、可见性以及有序性是如何保证的?

在volatile变量写操作的前面会加入一个Release屏障,然后再之后会加入一个Store屏障,这样就可以保证volatile写跟Release屏障之前的任何读写操作都不会指令重排,然后Store屏障保证了,写完数据之后,立马会执行flush处理器缓存的操作。

 

在volatile变量读操作的前面会加入一个Load屏障,这样就可以保证对这个变量的读取时,如果被别的处理器修改过了,必须得从其他处理器的高速缓存(或者主内存)中加载到自己本地高速缓存里,保证读到的是最新数据;在之后会加入一个Acquire屏障,禁止volatile读操作之后的任何读写操作会跟volatile读指令重排序。

 

与volatile读写内存屏障对比一下,是类似的意思。

Acquire屏障 其实就是 LoadLoad屏障 + LoadStore屏障;

Release屏障 其实就是 StoreLoad屏障 + StoreStore屏障。

 

Q5:

简述一下synchronized关键字的原理是什么?

        synchronized是由JVM实现的一种实现互斥同步的方式,查看被synchronized关键字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。

        在虚拟机执行到 monitorenter 指令时,首先会尝试获取对象的锁: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,知道对象锁被另外一个线程释放为止。

 

Q6:

CountDownLatch 和 CyclicBarrier的区别?

  • CountDownLatch的计数器只能使用一次。而CyclicBarrierd的计数器可以使用reset()方法进行重置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。比如如果计算发生错误,可以重置计数器,并让线程们重新计算一次。

  • CyclicBarrier还提供其他有用的方法,比如getNumberWaiting()方法可以获得CyclicBarrier阻塞的线程数量。isBroken() 方法可以用来知道阻塞的线程是否被中断。

  • CountDownLatch会阻塞主线程,CyclicBarrier不会阻塞主线程,只会阻塞子线程。

  • CountDownLatch依靠一个外力(计数器、发令枪)来控制线程,而CyclicBarrier是相当于用本身来控制线程。举个例子:

    • CountDownLatch:有一个装满宝石的房间,门外有7把锁,然后有7个人要进入房间组成队伍A,还有另外7个人手里拿着钥匙组成队伍B,那么首先A组的7个人必须等到B组的7个人把钥匙送过来,然后把门外的7把锁分别打开之后,这A组的7个人才能够进入房间拿到宝石。

    • CyclicBarrier:有一个装满宝石的房间,门外也有7把锁,然后7个人必须到另外的一个房间,各自完成一个任务之后,这7个人才能够各自获得一把锁,完成任务之后,这7个人就能够打开那7把锁,进房间拿到宝石。

 

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posted on 2020-12-07 22:30  Java极客思维  阅读(260)  评论(2编辑  收藏  举报