Java中常见锁的面试题与答案

什么是锁？

锁是多线程编程中的同步机制，用于控制多个线程对共享资源的访问。锁可以防止多个线程同时访问临界区，从而保证数据的一致性和正确性。

请介绍Java中的两种主要类型的锁。

ReentrantLock： 是一个可重入的锁，支持公平和非公平两种模式。它提供了更丰富的功能，如条件变量、可中断的锁获取以及超时获取等。 synchronized： 是Java中的内置锁，用于实现基本的同步。每个对象都有一个内置的监视器锁，可以通过synchronized关键字来获取和释放锁。

什么是死锁？如何避免死锁？

死锁是指多个线程相互等待彼此持有的资源而无法继续执行的情况。为避免死锁，可以采取以下措施：

• 使用按序获取锁的策略，即规定线程获取锁的顺序，避免循环等待。

• 设置超时时间，当线程无法获取锁时，可以放弃锁并进行其他处理。

• 使用tryLock来尝试获取锁，如果获取失败，可以执行其他逻辑，避免长时间等待。

synchronized与ReentrantLock的区别是什么？

• synchronized是Java的关键字，而ReentrantLock是一个类，提供了更多的灵活性和功能。
• synchronized在发生异常时会自动释放锁，而ReentrantLock需要在finally块中显式释放锁。
• ReentrantLock支持公平锁和非公平锁，而synchronized是非公平锁。
• ReentrantLock可以尝试获取锁，并可以设置超时时间，而synchronized只能等待锁的释放。

什么是乐观锁和悲观锁？

• 乐观锁： 假设多数情况下不会发生竞争，允许多个线程并发读取，但在更新数据时会检查是否有其他线程修改过数据。例如，CAS（Compare and Swap）操作就是一种乐观锁。
• 悲观锁： 假设总是会发生竞争，每次访问数据都会加锁，从而保证数据的一致性。Java中的synchronized就是一种悲观锁。

什么是可重入锁？

可重入锁（Reentrant Lock）是指同一个线程在持有锁的情况下，可以再次获取该锁，而不会被阻塞。Java中的synchronized和ReentrantLock都是可重入锁。、

什么是公平锁和非公平锁？

• 公平锁： 是指多个线程获取锁的顺序与它们请求锁的顺序一致，即按照先来先得的原则分配锁。
• 非公平锁： 是指多个线程获取锁的顺序是不确定的，可能会导致某些线程长时间等待。非公平锁的效率通常比公平锁高，但可能导致某些线程饥饿。

请解释一下读写锁（ReadWriteLock）是什么？

读写锁是一种特殊的锁，用于控制对共享资源的读写操作。它支持多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程进行写操作。读写锁的设计在读多写少的场景中能够提高并发性能。

什么是StampedLock？

StampedLock是Java 8中引入的一种锁机制，它结合了读写锁和乐观锁的特性。它支持三种模式：读模式、写模式和乐观读模式。乐观读模式下，线程可以不阻塞地读取数据，如果在读取过程中数据被修改，则会返回失败。

如何选择合适的锁？

选择锁要根据具体的应用场景和性能需求进行考虑：

如果多数情况下是读操作，少数是写操作，可以考虑使用读写锁。 如果需要细粒度的锁控制，可以使用ReentrantLock。 如果对性能要求较高，可以使用乐观锁。 如果需要等待通知机制，可以使用synchronized。 如果需要更高级的功能，如超时获取、中断支持，可以使用ReentrantLock或StampedLock。

什么是CAS操作？

CAS（Compare and Swap）是一种乐观锁的操作，用于实现无锁并发控制。它是一种原子操作，用于比较某个内存位置的值与预期值，如果相等则将新值写入该位置，否则不执行任何操作。CAS操作常用于实现乐观锁，例如java.util.concurrent.atomic包中的原子类就使用了CAS操作来保证线程安全。

什么是ABA问题？如何解决？

ABA问题是指在使用CAS操作时，一个值从A变为B，然后再变回A。这可能导致使用CAS的线程误以为值未被修改。为了解决ABA问题，可以使用版本号（或标记位）来标识值是否发生过变化。例如，在AtomicStampedReference中，不仅比较值是否相等，还比较版本号是否相等。

Java中的锁机制有哪些应用场景？

• 互斥锁（Mutex）： 用于保护临界区，防止多线程同时访问共享资源。例如synchronized关键字、ReentrantLock等。
• 读写锁（ReadWriteLock）： 适用于读多写少的场景，提高并发性能。例如ReentrantReadWriteLock。
• 乐观锁： 适用于并发读多写少的场景，减少锁的争用。例如CAS操作、Atomic类。
• 分布式锁： 用于分布式系统中，保证多个节点之间的协调。例如基于数据库、ZooKeeper等的分布式锁。

什么是自旋锁？

自旋锁是一种基于忙等待的锁，当线程尝试获取锁时，如果锁已被其他线程占用，该线程会不断循环（自旋）等待锁的释放。自旋锁适用于临界区执行时间较短的情况，避免了线程切换带来的开销。

请解释一下可重入性（Reentrancy）是什么？

可重入性指的是同一个线程在持有锁的情况下，可以再次获取该锁，而不会被阻塞。这个特性允许在一个线程的方法调用链中，可以重复获取同一个锁，从而避免死锁的发生。

如何避免死锁？

避免死锁的一些常见方法包括：按序获取锁、设置获取锁的超时时间、使用死锁检测工具、尽量降低锁的粒度和持有时间、使用tryLock来获取锁等。

什么是公平性？

公平性指的是多个线程按照请求锁的顺序获得锁的机制。在公平锁中，等待时间较长的线程会更有机会获取锁，避免了某些线程一直被忽略的问题。但公平锁的性能可能较低，因为需要维护一个有序的等待队列。

什么是饥饿问题？

饥饿问题是指某些线程由于始终得不到满足条件而无法执行，一直处于等待的状态。这可能由于不公平的锁分配、线程优先级等因素导致。

什么是线程安全性？

线程安全性指的是多线程环境下，共享资源能够被多个线程安全地访问和修改，不会导致数据的不一致性或损坏。线程安全的代码能够正确处理多线程竞争的情况，保证程序的正确性。

什么是内部锁（Intrinsic Lock）？

内部锁是指由Java中的synchronized关键字提供的锁机制。每个对象都有一个内部锁，也称为监视器锁。通过synchronized关键字修饰的代码块或方法，可以获得对象的内部锁，从而保证同一时刻只有一个线程执行这些代码。

什么是外部锁（Explicit Lock）？

外部锁是通过java.util.concurrent.locks包中的锁对象（如ReentrantLock）提供的锁机制。外部锁相对于内部锁，提供了更多的功能，如可重入性、公平性、条件变量等，可以更精细地控制多线程并发访问。

请解释一下线程的阻塞和唤醒操作。

当线程尝试获取锁，但锁已被其他线程占用时，线程会进入阻塞状态，即暂停执行，等待锁的释放。当锁的持有者释放锁时，会唤醒一个或多个等待的线程，使其可以继续执行。

什么是忙等待（Busy Waiting）？

忙等待是指线程在等待某个条件满足时，不断地进行空循环，而不是进入阻塞状态。忙等待可能会占用CPU资源，降低系统性能，通常不推荐使用。

什么是线程调度？

线程调度是操作系统的一个重要功能，用于决定哪个线程在某个时间片内执行。线程调度可以采用不同的策略，如先来先服务、时间片轮转、优先级调度等，以满足不同线程的执行需求。

如何实现线程间的通信？

线程间的通信可以通过共享变量、锁、信号量、管道、消息队列等方式来实现。在Java中，可以使用synchronized关键字、wait和notify方法、Condition对象、阻塞队列等来实现线程间的协作和通信。

什么是线程池？为什么要使用线程池？

线程池是一组预先创建的线程，用于执行任务。使用线程池可以避免频繁地创建和销毁线程，减少系统开销，提高性能。线程池还可以控制并发线程的数量，避免过多线程的竞争和资源耗尽。

如何避免并发问题？

避免并发问题的一些常见方法包括：使用不可变对象、使用线程安全的数据结构、避免共享变量、合理使用锁、尽量降低锁的粒度、使用原子类、进行合理的线程设计等。

什么是线程局部变量（Thread-Local Variable）？

线程局部变量是指每个线程拥有自己的变量副本，不同线程之间互不影响。在Java中，可以通过ThreadLocal类来创建线程局部变量，常用于需要在线程间隔离数据的情况，如线程池中的任务。