Java面试专题-多线程(3)-原子操做

​

 

开篇介绍

你们好，公众号【Java极客思惟】近期会整理一些Java高频面试题分享给小伙伴，也但愿看到的小伙伴在找工做过程当中可以用获得！本章节主要针对Java一些多线程高频面试题进行分享。

 

通知：公众号【Java极客思惟】正在送书福利活动，关注公众号并参加福利活动吧！只有参与了本次活动的小伙伴才可以参与年末的大福利，不要错过呀~

 

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，实现原子操做（其实就是自旋操做，不断循环，直到成功）。其它原子操做都是利用相似的特性来完成的。

CAS有三个关键操做值：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 内容修改成 B，不然将什么都不作。

 

CAS的缺点也很明显：

在并发量比较高的状况下，若是许多线程反复尝试更新某一个变量，可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做，而不能保证整个代码块的原子性。好比须要保证3个变量共同进行原子性的更新，这样就不得不使用synchronized关键字进行同步操做了。

好比线程A端了一杯水放在桌子上，可是被其余事调度走了，而且释放了锁，此时线程B通过，看到桌子上的水，端起来喝了半杯，而后又给打满一杯水放在桌子上。此时虽然仍是一杯水，可是杯中的水再也不是原来的那杯水了，而线程A也忙完了，回头来看到桌子上仍是一杯水，可是不知道水已经被替换过了。这就是典型的ABA问题，还有不少相似的场景。这种状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。这个抽象类被设计做为一些可用原子int值来表示状态的同步器的基类。

        若是有看过相似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。相似的同步器在JUC下还有很多（好比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做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做。

 

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当即被更新到主内存中，当有其余线程须要读取时，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读操做，再执行一个L2读操做；可是另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写操做，再执行一个W2写操做；可是另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读操做，再执行一个W2写操做；可是另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写操做，再执行一个L2读操做；可是另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变量写操做的前面会加入一个Release屏障，而后再以后会加入一个Store屏障，这样就能够保证volatile写跟Release屏障以前的任何读写操做都不会指令重排，而后Store屏障保证了，写完数据以后，立马会执行flush处理器缓存的操做。

 

在volatile变量读操做的前面会加入一个Load屏障，这样就能够保证对这个变量的读取时，若是被别的处理器修改过了，必须得从其余处理器的高速缓存（或者主内存）中加载到本身本地高速缓存里，保证读到的是最新数据；在以后会加入一个Acquire屏障，禁止volatile读操做以后的任何读写操做会跟volatile读指令重排序。

 

与volatile读写内存屏障对比一下，是相似的意思。

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，在编译先后被编译器生成了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：若是这个对象没有锁定，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。若是获取对象失败了，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的计数器可使用reset()方法进行重置。因此CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。好比若是计算发生错误，能够重置计数器，并让线程们从新计算一次。

• CyclicBarrier还提供其余有用的方法，好比getNumberWaiting()方法能够得到CyclicBarrier阻塞的线程数量。isBroken() 方法能够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是至关于用自己来控制线程。举个例子：

  • CountDownLatch：有一个装满宝石的房间，门外有7把锁，而后有7我的要进入房间组成队伍A，还有另外7我的手里拿着钥匙组成队伍B，那么首先A组的7我的必须等到B组的7我的把钥匙送过来，而后把门外的7把锁分别打开以后，这A组的7我的才可以进入房间拿到宝石。

  • CyclicBarrier：有一个装满宝石的房间，门外也有7把锁，而后7我的必须到另外的一个房间，各自完成一个任务以后，这7我的才可以各自得到一把锁，完成任务以后，这7我的就可以打开那7把锁，进房间拿到宝石。

 

明天，会介绍多线程一些深刻的知识，长按二维码关注我吧~

祝你们都能拿到心仪的offer!

 

---

点关注、不迷路

若是以为文章不错，欢迎关注、点赞、收藏，大家的支持是我创做的动力，感谢你们。

若是文章写的有问题，请不要吝啬，欢迎留言指出，我会及时核查修改。

若是你还想更加深刻的了解我，能够微信搜索「Java极客思惟」进行关注。天天8:00准时推送技术文章，让你的上班路不在孤独，并且每个月还有送书活动，助你提高硬实力！