juc知识点打卡《一》

知识点一：synchronized关键字 —— Java内置锁的深度剖析

这是并发编程的基石，几乎必问。面试官不仅想知道你怎么用，更想知道它如何工作以及如何优化。

 

 

1. 核心作用与用法

 

synchronized 是Java关键字，用于实现线程同步，保证同一时刻只有一个线程能进入被保护的代码块或方法，解决原子性和内存可见性问题。

 

 

• 修饰实例方法：锁是当前对象实例 (this)。
   
• 修饰静态方法：锁是当前类的Class对象。
   
• 修饰代码块：需显式指定锁对象（如 synchronized(obj)）。
   

2. 底层原理与锁升级（面试核心）

 

synchronized 的锁信息存储在对象头的 Mark Word 中。为了在不同竞争场景下平衡性能，JVM设计了锁升级机制，这是高频考点：

 

1. 无锁：初始状态。
    
2. 偏向锁：假设只有一个线程使用锁。当该线程首次访问时，JVM会将线程ID记录到Mark Word中，之后该线程再进入时无需任何同步操作（如CAS），直接进入。适用于几乎没有竞争的场景。
    
3. 轻量级锁：当有另一个线程来竞争锁时，偏向锁升级为轻量级锁。线程会在自己的栈帧中创建锁记录（Lock Record），并通过 CAS操作 尝试将对象头的Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功，则获取锁；如果失败，表示有竞争，会自旋（循环尝试）一定次数。
4. 重量级锁：如果轻量级锁竞争失败（自旋超过阈值或等待线程数过多），会升级为重量级锁。此时，未获取到锁的线程会进入阻塞状态，并被放入一个等待队列，由操作系统进行调度。这是一个真正的互斥锁，涉及用户态到内核态的切换，开销最大。
    

3. 与Lock接口的对比

 

 

• 实现层面：synchronized 是JVM层面的内置锁，自动管理锁的获取和释放；Lock 是JDK API层面的接口，需要手动 lock() 和 unlock()。
   
• 功能灵活性：Lock 更灵活，支持尝试非阻塞获取锁 (tryLock)、可中断锁 (lockInterruptibly)、超时获取锁、公平锁等。synchronized 是非公平的。
   
• 性能：在低竞争情况下，synchronized 经过锁升级优化后性能很好；高竞争时，Lock 通常能提供更稳定的吞吐量。
   

总结：理解 synchronized 的锁升级过程，是回答其性能优劣、适用场景以及与 Lock 区别的关键。

 

 

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知识点二：线程池 (ThreadPoolExecutor) —— 并发资源管理的核心

线程池是工程实践中使用最广泛的并发组件，其原理和配置是面试的重中之重。

 

 

1. 为什么要用线程池？

 

 

• 降低资源消耗：通过线程复用，减少频繁创建和销毁线程的开销。
• 提高响应速度：任务到达时，无需等待线程创建即可执行。
   
• 提高线程可管理性：可以统一管理、监控和调优线程资源。

2. 核心参数与工作流程（必考流程）

 

线程池的核心是 ThreadPoolExecutor，其工作流程由以下几个核心参数决定：

 

• corePoolSize：核心线程数。即使空闲也不会被回收（除非 allowCoreThreadTimeOut 为true）。
• maximumPoolSize：最大线程数。
   
• workQueue：任务队列。常用的有 LinkedBlockingQueue（无界）、ArrayBlockingQueue（有界）、SynchronousQueue（不存储任务）。
   
• RejectedExecutionHandler：拒绝策略。当线程池和队列都满了，如何处理新任务。内置策略有：
  • AbortPolicy（默认）：直接抛出 RejectedExecutionException。
     
  • CallerRunsPolicy：由提交任务的线程自己执行。
     
  • DiscardPolicy：默默丢弃新任务。
     
  • DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最老的任务，然后尝试提交新任务。
     

工作流程（四步决策法）：

1. 新任务提交。
    
2. 如果 当前线程数 < corePoolSize，立即创建新线程执行。
    
3. 否则，尝试将任务放入 workQueue。
    
4. 如果队列已满，且 当前线程数 < maximumPoolSize，创建新线程（临时线程）执行。
    
5. 如果线程数已达最大值且队列已满，则触发 拒绝策略。
    

3. 生命周期与优雅关闭

 

 

• RUNNING：接受新任务，处理队列任务。
   
• SHUTDOWN：不再接受新任务，但会处理完队列中已存在的任务。
   
• STOP：不再接受新任务，也不处理队列任务，并中断正在执行的任务。
   
• TIDYING/TERMINATED：过渡和终止状态。
   
• 关闭方法：
  • shutdown()：平滑关闭，进入SHUTDOWN状态。
     
  • shutdownNow()：立即关闭，尝试中断所有工作线程，返回未执行的任务列表，进入STOP状态。
     
  • 通常配合 awaitTermination 等待线程池真正终止。
     

总结：线程池的调优（参数设置）和对其工作流程的理解，是衡量开发者是否具备处理高并发场景能力的重要标准。

 

 

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知识点三：Java内存模型 (JMM) 与 volatile、happen-before —— 理解并发的“道”

这是并发编程中最抽象也最本质的部分，用于解释多线程环境下可见性和有序性问题。理解JMM是解决诡异并发Bug的基础。

1. 核心问题：为什么需要JMM？

 

现代计算机和编译器为了性能，会进行指令重排序，且CPU有多级缓存，导致线程对共享变量的修改不一定能立即被其他线程看到。JMM是一套规范，定义了程序中变量的访问规则，屏蔽了底层硬件和内存的差异。

 

 

2. 关键概念：happen-before

 

JMM向开发者提供了一套内存可见性的保证，即 happen-before 规则。如果操作A happen-before 操作B，那么A的结果对B可见。

 

 

• 程序顺序规则：单线程内，书写在前面的操作happen-before后面的操作。
• volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作happen-before后续对这个变量的读操作。
   
  

   
• 锁规则（synchronized/monitor）：对一个锁的解锁happen-before后续对这个锁的加锁。
   
• 线程启动规则：Thread.start() happen-before 新线程的任何操作。
   
• 线程终止规则：线程中的所有操作都happen-before其他线程检测到该线程已终止。
   
• 传递性：如果A happen-before B，且B happen-before C，则A happen-before C。

3. volatile关键字的双重语义

 

volatile 是轻量级的同步机制，它保证了：

 

• 可见性：对一个volatile变量的写，会立即刷新到主内存；读一个volatile变量时，会从主内存读取最新值。
   
• 禁止指令重排序：通过内存屏障实现。
   
• （但不保证原子性）：例如 count++ 这种复合操作，volatile 无法保证线程安全。
   

4. final域的happen-before语义

 

这是JMM提供的一个安全初始化保证。对一个final域的写（在构造方法内完成），happen-before于后续对该final域所在对象的引用被任意线程获取。这能有效防止构造方法溢出问题（其他线程看到未初始化完全的对象）。

 

 

总结：JMM、happen-before和volatile是理解 synchronized、Lock、原子类等所有高级并发工具如何保证线程安全的理论基础。面试中常通过“DCL单例为什么要加volatile”、“如何保证一个线程的修改对另一个线程可见”等问题来考察。