JUC锁

Salted Fish 1991/6/26 面试JUC锁

# 为什么LockSupport也是核心基础类?

AQS框架借助于两个类：Unsafe(提供CAS操作)和LockSupport(提供park/unpark操作)

# 通过wait/notify实现同步?

class MyThread extends Thread {
    
    public void run() {
        synchronized (this) {
            System.out.println("before notify");            
            notify();
            System.out.println("after notify");    
        }
    }
}

public class WaitAndNotifyDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread myThread = new MyThread();            
        synchronized (myThread) {
            try {        
                myThread.start();
                // 主线程睡眠3s
                Thread.sleep(3000);
                System.out.println("before wait");
                // 阻塞主线程
                myThread.wait();
                System.out.println("after wait");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }            
        }        
    }
}

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运行结果

before wait
before notify
after notify
after wait

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说明: 具体的流程图如下

使用wait/notify实现同步时，必须先调用wait，后调用notify，如果先调用notify，再调用wait，将起不了作用。具体代码如下

class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        synchronized (this) {
            System.out.println("before notify");            
            notify();
            System.out.println("after notify");    
        }
    }
}

public class WaitAndNotifyDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread myThread = new MyThread();        
        myThread.start();
        // 主线程睡眠3s
        Thread.sleep(3000);
        synchronized (myThread) {
            try {        
                System.out.println("before wait");
                // 阻塞主线程
                myThread.wait();
                System.out.println("after wait");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }            
        }        
    }
}

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运行结果:

before notify
after notify
before wait

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说明: 由于先调用了notify，再调用的wait，此时主线程还是会一直阻塞。

# 通过LockSupport的park/unpark实现同步？

import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

class MyThread extends Thread {
    private Object object;

    public MyThread(Object object) {
        this.object = object;
    }

    public void run() {
        System.out.println("before unpark");
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 获取blocker
        System.out.println("Blocker info " + LockSupport.getBlocker((Thread) object));
        // 释放许可
        LockSupport.unpark((Thread) object);
        // 休眠500ms，保证先执行park中的setBlocker(t, null);
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 再次获取blocker
        System.out.println("Blocker info " + LockSupport.getBlocker((Thread) object));

        System.out.println("after unpark");
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread(Thread.currentThread());
        myThread.start();
        System.out.println("before park");
        // 获取许可
        LockSupport.park("ParkAndUnparkDemo");
        System.out.println("after park");
    }
}

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运行结果:

before park
before unpark
Blocker info ParkAndUnparkDemo
after park
Blocker info null
after unpark

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说明: 本程序先执行park，然后在执行unpark，进行同步，并且在unpark的前后都调用了getBlocker，可以看到两次的结果不一样，并且第二次调用的结果为null，这是因为在调用unpark之后，执行了Lock.park(Object blocker)函数中的setBlocker(t, null)函数，所以第二次调用getBlocker时为null。

上例是先调用park，然后调用unpark，现在修改程序，先调用unpark，然后调用park，看能不能正确同步。具体代码如下

import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

class MyThread extends Thread {
    private Object object;

    public MyThread(Object object) {
        this.object = object;
    }

    public void run() {
        System.out.println("before unpark");        
        // 释放许可
        LockSupport.unpark((Thread) object);
        System.out.println("after unpark");
    }
}

public class ParkAndUnparkDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread(Thread.currentThread());
        myThread.start();
        try {
            // 主线程睡眠3s
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("before park");
        // 获取许可
        LockSupport.park("ParkAndUnparkDemo");
        System.out.println("after park");
    }
}

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运行结果:

before unpark
after unpark
before park
after park

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说明: 可以看到，在先调用unpark，再调用park时，仍能够正确实现同步，不会造成由wait/notify调用顺序不当所引起的阻塞。因此park/unpark相比wait/notify更加的灵活。

# Thread.sleep()、Object.wait()、Condition.await()、LockSupport.park()的区别? 重点

Thread.sleep()和Object.wait()的区别

首先，我们先来看看Thread.sleep()和Object.wait()的区别，这是一个烂大街的题目了，大家应该都能说上来两点。

Thread.sleep()不会释放占有的锁，Object.wait()会释放占有的锁；
Thread.sleep()必须传入时间，Object.wait()可传可不传，不传表示一直阻塞下去；
Thread.sleep()到时间了会自动唤醒，然后继续执行；
Object.wait()不带时间的，需要另一个线程使用Object.notify()唤醒；
Object.wait()带时间的，假如没有被notify，到时间了会自动唤醒，这时又分好两种情况，一是立即获取到了锁，线程自然会继续执行；二是没有立即获取锁，线程进入同步队列等待获取锁；

其实，他们俩最大的区别就是Thread.sleep()不会释放锁资源，Object.wait()会释放锁资源。

Object.wait()和Condition.await()的区别

Object.wait()和Condition.await()的原理是基本一致的，不同的是Condition.await()底层是调用LockSupport.park()来实现阻塞当前线程的。

实际上，它在阻塞当前线程之前还干了两件事，一是把当前线程添加到条件队列中，二是“完全”释放锁，也就是让state状态变量变为0，然后才是调用LockSupport.park()阻塞当前线程。

Thread.sleep()和LockSupport.park()的区别 LockSupport.park()还有几个兄弟方法——parkNanos()、parkUtil()等，我们这里说的park()方法统称这一类方法。

从功能上来说，Thread.sleep()和LockSupport.park()方法类似，都是阻塞当前线程的执行，且都不会释放当前线程占有的锁资源；
Thread.sleep()没法从外部唤醒，只能自己醒过来；
LockSupport.park()方法可以被另一个线程调用LockSupport.unpark()方法唤醒；
Thread.sleep()方法声明上抛出了InterruptedException中断异常，所以调用者需要捕获这个异常或者再抛出；
LockSupport.park()方法不需要捕获中断异常；
Thread.sleep()本身就是一个native方法；
LockSupport.park()底层是调用的Unsafe的native方法；

Object.wait()和LockSupport.park()的区别

二者都会阻塞当前线程的运行，他们有什么区别呢? 经过上面的分析相信你一定很清楚了，真的吗? 往下看！

Object.wait()方法需要在synchronized块中执行；
LockSupport.park()可以在任意地方执行；
Object.wait()方法声明抛出了中断异常，调用者需要捕获或者再抛出；
LockSupport.park()不需要捕获中断异常；
Object.wait()不带超时的，需要另一个线程执行notify()来唤醒，但不一定继续执行后续内容；
LockSupport.park()不带超时的，需要另一个线程执行unpark()来唤醒，一定会继续执行后续内容；

park()/unpark()底层的原理是“二元信号量”，你可以把它相像成只有一个许可证的Semaphore，只不过这个信号量在重复执行unpark()的时候也不会再增加许可证，最多只有一个许可证。

# 如果在wait()之前执行了notify()会怎样?

如果当前的线程不是此对象锁的所有者，却调用该对象的notify()或wait()方法时抛出IllegalMonitorStateException异常；

如果当前线程是此对象锁的所有者，wait()将一直阻塞，因为后续将没有其它notify()唤醒它。

# 如果在park()之前执行了unpark()会怎样?

线程不会被阻塞，直接跳过park()，继续执行后续内容

# 什么是AQS? 为什么它是核心?

AQS是一个用来构建锁和同步器的框架，使用AQS能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器，比如我们提到的ReentrantLock，Semaphore，其他的诸如ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue，FutureTask等等皆是基于AQS的。

AQS核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制AQS是用CLH队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

AbstractQueuedSynchronizer类底层的数据结构是使用CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列(虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点之间的关联关系)。AQS是将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点(Node)来实现锁的分配。其中Sync queue，即同步队列，是双向链表，包括head结点和tail结点，head结点主要用作后续的调度。而Condition queue不是必须的，其是一个单向链表，只有当使用Condition时，才会存在此单向链表。并且可能会有多个Condition queue。

# AQS的核心思想是什么?

底层数据结构: AQS核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制AQS是用CLH队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

# AQS有哪些核心的方法?

isHeldExclusively()//该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
tryAcquire(int)//独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryRelease(int)//独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryAcquireShared(int)//共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
tryReleaseShared(int)//共享方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。

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# AQS定义什么样的资源获取方式?

AQS定义了两种资源获取方式：

独占(只有一个线程能访问执行，又根据是否按队列的顺序分为公平锁和非公平锁，如ReentrantLock)
共享(多个线程可同时访问执行，如Semaphore、CountDownLatch、 CyclicBarrier )。ReentrantReadWriteLock可以看成是组合式，允许多个线程同时对某一资源进行读。

# AQS底层使用了什么样的设计模式?

模板，共享锁和独占锁在一个接口类中。

JUC锁: ReentrantLock详解

# 什么是可重入，什么是可重入锁? 它用来解决什么问题?

可重入：（来源于维基百科）若一个程序或子程序可以“在任意时刻被中断然后操作系统调度执行另外一段代码，这段代码又调用了该子程序不会出错”，则称其为可重入（reentrant或re-entrant）的。即当该子程序正在运行时，执行线程可以再次进入并执行它，仍然获得符合设计时预期的结果。与多线程并发执行的线程安全不同，可重入强调对单个线程执行时重新进入同一个子程序仍然是安全的。
可重入锁：又名递归锁，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或者class），不会因为之前已经获取过还没释放而阻塞。

# ReentrantLock的核心是AQS，那么它怎么来实现的，继承吗?

ReentrantLock总共有三个内部类，并且三个内部类是紧密相关的，下面先看三个类的关系。

说明: ReentrantLock类内部总共存在Sync、NonfairSync、FairSync三个类，NonfairSync与FairSync类继承自Sync类，Sync类继承自AbstractQueuedSynchronizer抽象类。下面逐个进行分析。

# ReentrantLock是如何实现公平锁的?

FairSync

# ReentrantLock是如何实现非公平锁的?

UnFairSync

# ReentrantLock默认实现的是公平还是非公平锁?

非公平锁

# 为了有了ReentrantLock还需要ReentrantReadWriteLock?

读锁和写锁分离：ReentrantReadWriteLock表示可重入读写锁，ReentrantReadWriteLock中包含了两种锁，读锁ReadLock和写锁WriteLock，可以通过这两种锁实现线程间的同步。

# ReentrantReadWriteLock底层实现原理?

ReentrantReadWriteLock有五个内部类，五个内部类之间也是相互关联的。内部类的关系如下图所示。

说明: 如上图所示，Sync继承自AQS、NonfairSync继承自Sync类、FairSync继承自Sync类；ReadLock实现了Lock接口、WriteLock也实现了Lock接口。

# ReentrantReadWriteLock底层读写状态如何设计的?

高16位为读锁，低16位为写锁

# 读锁和写锁的最大数量是多少?

2的16次方-1

# 本地线程计数器ThreadLocalHoldCounter是用来做什么的?

本地线程计数器，与对象绑定（线程-》线程重入的次数）

# 写锁的获取与释放是怎么实现的?

tryAcquire/tryRelease

# 读锁的获取与释放是怎么实现的?

tryAcquireShared/tryReleaseShared

# 什么是锁的升降级?

RentrantReadWriteLock为什么不支持锁升级? RentrantReadWriteLock不支持锁升级(把持读锁、获取写锁，最后释放读锁的过程)。目的也是保证数据可见性，如果读锁已被多个线程获取，其中任意线程成功获取了写锁并更新了数据，则其更新对其他获取到读锁的线程是不可见的。

JUC原子类 JUC集合类

咸鱼翻身记

Choose mode

JUC锁

JUC锁

# 为什么LockSupport也是核心基础类?

# 通过wait/notify实现同步?

# 通过LockSupport的park/unpark实现同步？

# Thread.sleep()、Object.wait()、Condition.await()、LockSupport.park()的区别? 重点

# 如果在wait()之前执行了notify()会怎样?

# 如果在park()之前执行了unpark()会怎样?

# 什么是AQS? 为什么它是核心?

# AQS的核心思想是什么?

# AQS有哪些核心的方法?

# AQS定义什么样的资源获取方式?

# AQS底层使用了什么样的设计模式?

# 什么是可重入，什么是可重入锁? 它用来解决什么问题?

# ReentrantLock的核心是AQS，那么它怎么来实现的，继承吗?

# ReentrantLock是如何实现公平锁的?

# ReentrantLock是如何实现非公平锁的?

# ReentrantLock默认实现的是公平还是非公平锁?

# 为了有了ReentrantLock还需要ReentrantReadWriteLock?

# ReentrantReadWriteLock底层实现原理?

# ReentrantReadWriteLock底层读写状态如何设计的?

# 读锁和写锁的最大数量是多少?

# 本地线程计数器ThreadLocalHoldCounter是用来做什么的?

# 写锁的获取与释放是怎么实现的?

# 读锁的获取与释放是怎么实现的?

# 什么是锁的升降级?