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JUC: 线程锁

1 面试题复盘

如何理解多线程，如何处理并发，线程池有哪些核心参数？
Java加锁有哪几种锁？
synchronized原理是什么？为什么可重入？如何获取对象的锁？
JVM对原生锁做了哪些优化？
什么是锁清除和锁粗化？
乐观锁是什么？synchronized与乐观锁什么区别？
volatile有什么作用？
ReentrantLock原理是什么？
AQS框架原理介绍一下？
简单说说Lock
是否使用过CountDownLanch? 如何使用？

2 乐观锁与悲观锁

（1）悲观锁

synchronized和Lock都是悲观锁，同一时间点，有且只有一个线程能够访问对应的资源。写操作多的场景使用。

（2）乐观锁

认为自己在使用数据时，不会有别的线程修改数据或资源，所以不会添加锁。只是在更新资源的时候，需要去判断当前数据有没有别的线程更新过。判断规则有：

版本号机制version，每一次更新一个版本号。
采用CAS算法，Java原子类中的递增操作就通过CAS自旋实现的。比较并交换

3 锁是什么

（1）锁案例演示 - synchronized的三种应用方式

// 1. 对象锁：对于非静态方法使用synchronized就是加的对象锁，获得的是这个对象(this)作为锁
 public synchronized void sentEmail(){
     try {
         TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
     } catch (InterruptedException e) {
         throw new RuntimeException(e);
     }
     System.out.println("sent email");
 }
  
 // 2. 类锁：对于静态方法或使用synchronized就是加的类锁，获得的是这个类对象(.class)作为锁
 public static synchronized void sentSMS(){
     System.out.println("sent SMS");
 }
  
 // 3. 代码块，使用的是synchronized括号内的对象
 public void testSynchronized(){
     synchronized (this){
         System.out.println("testSynchronized");
     }
 }

（2）从字节码角度分析synchronized实现

javap -c ***.class文件反编译

javap -c a.class # 	反汇编代码，输出每个方法的 Java 字节码指令（指令集）
 -v或 -verbose # 输出最详细的附加信息，包括版本号、常量池、方法描述符（签名）、栈大小等

synchronized同步代码块

public void testSynchronized(){
     synchronized (this){
         System.out.println("testSynchronized");
     }
 }

public void testSynchronized();
     Code:
        0: aload_0
        1: dup
        2: astore_1
        3: monitorenter # 获取锁
        4: getstatic     #26                 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        7: ldc           #44                 // String testSynchronized
        9: invokevirtual #34                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       12: aload_1
       13: monitorexit # 释放锁
       14: goto          22
       17: astore_2
       18: aload_1
       19: monitorexit # 异常情况也可以释放锁
       20: aload_2
       21: athrow
       22: return
     Exception table:
        from    to  target type
            4    14    17   any
           17    20    17   any
 }

synchronized对象锁

-v

public synchronized void sentEmail(){
     System.out.println("sent email");
 }

public synchronized void sentEmail();
     descriptor: ()V
     flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED # 会检查对象的ACC_SYNCHRONIZED是否被设置，如果设置了，则会持有monitor直到方法完成释放
     Code:
       stack=2, locals=1, args_size=1
          0: getstatic     #7                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
          3: ldc           #13                 // String sent email
          5: invokevirtual #15                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
          8: return
       LineNumberTable:
         line 31: 0
         line 32: 8
       LocalVariableTable:
         Start  Length  Slot  Name   Signature
             0       9     0  this   Lcom/thread/sgg/juc/Phone;

synchronized类锁

public static synchronized void sentSMS(){
     System.out.println("sent SMS");
 }

public static synchronized void sentSMS();
     descriptor: ()V
     flags: (0x0029) ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_SYNCHRONIZED # 根据是否有ACC_STATIC是否存在判断应该是类锁还是对象锁
     Code:
       stack=2, locals=0, args_size=0
          0: getstatic     #7                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
          3: ldc           #21                 // String sent SMS
          5: invokevirtual #15                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
          8: return
       LineNumberTable:
         line 34: 0
         line 35: 8

（3）反编译synchronized锁的是什么

为什么任何一个对象都可以成为一个锁？

Object是任何类的父类

什么是管程monitor？

monitor是一种程序结构，结构内的多个子程序(对象或模块)形成的多个工作线程互斥访问共享资源。

这些共享资源一般是硬件设备或一群变量。对共享变量能够进行的所有操作集中在一个模块中。(把信号量及其操作原语“封装”在一个对象内部)管程实现了在一个时间点，最多只有一个线程在执行管程的某个子程序。管程提供了一种机制，管程可以看做一个软件模块，它是将共享的变量和对于这些共享变量的操作封装起来，形成一个具有一定接口的功能模块，进程可以调用管程来实现进程级别的并发控制。

//结构体如下
 ObjectMonitor::ObjectMonitor() {  
   _header       = NULL;  
   _count       = 0;   // 该线程获取锁的次数
   _waiters      = 0,  
   _recursions   = 0;       //线程的重入次数
   _object       = NULL;  
   _owner        = NULL;    //标识拥有该monitor的线程
   _WaitSet      = NULL;    //等待线程组成的双向循环链表，_WaitSet是第一个节点
   _WaitSetLock  = 0 ;  
   _Responsible  = NULL ;  
   _succ         = NULL ;  
   _cxq          = NULL ;    //多线程竞争锁进入时的单向链表
   FreeNext      = NULL ;  
   _EntryList    = NULL ;    //_owner从该双向循环链表中唤醒线程结点，_EntryList是第一个节点
   _SpinFreq     = 0 ;  
   _SpinClock    = 0 ;  
   OwnerIsThread = 0 ;  
 }

4 公平锁与非公平锁

公平锁：多个线程按照申请锁的顺序获取锁

非公平锁：不按照顺序获取锁，可能导致某些线程处于饥饿状态

为什么有公平和非公平锁的设计？为什么默认非公平锁？

非公平锁能减少线程切换，减少CPU空闲状态的时间，效率较高。

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
     abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
         ...
     }
         
     /**
      * Sync object for non-fair locks
      */
     static final class NonfairSync extends Sync {
 		...
     }
  
     /**
      * Sync object for fair locks
      */
     static final class FairSync extends Sync {
         ...
     }
     public ReentrantLock() {
         sync = new NonfairSync();
     }
     public ReentrantLock(boolean fair) {
         sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
     }

5 可重入锁（递归锁）

是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，再进入该线程的内层方法会自动获取锁(前提，锁对象得是同一个对象)，不会因为之前已经获取过还没释放而阻塞。

可重入锁的种类

隐式：synchronized（自动多次释放）
显示：ReentrantLock（手动多次释放）

6 死锁及排查

死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中,因争夺双方持有的资源而造成的一种互相等待的现象,若无外力干涉那它们都将无法推进下去，如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足!死锁出现的可能性就很低，否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁。

jps  # 查看Java进程编号
 jstack 进程编号 # 查看死锁情况

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