【Java面试】十七、并发篇(上)

2024-06-09 21:20
文章标签 java 面试 并发 十七

本文主要是介绍【Java面试】十七、并发篇(上),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

文章目录

  • 1、synchronized关键字的底层原理:Monitor
  • 2、synchronized相关
    • 2.1 为什么说synchronized是重量级锁
    • 2.2 synchronized锁升级之偏向锁
    • 2.3 synchronized锁升级之轻量级锁
  • 3、Java内存模型JMM
  • 4、CAS
    • 4.1 CAS流程
    • 4.2 CAS底层实现
  • 5、volatile关键字的理解
    • 5.1 可见性
    • 5.2 禁止指令重排

1、synchronized关键字的底层原理:Monitor

synchronized互斥锁,同一时刻,最多只有一个线程能持有对象锁。用javap拿到synchronized示例代码的字节码信息:

在这里插入图片描述

javap -v SyncTest.class

可以看到synchronized底层自己上锁、解锁(解锁两次是怕出现异常后导致锁不能释放,第二个解锁相当于finally里释放锁)

在这里插入图片描述

Monitor,监视器,由JVM提供,c++实现。每个对象实例都会有一个Monitor对象,Monitor的结构:

在这里插入图片描述

线程Thread1执行到synchronized代码块,如果对象的Monitor对象的Owner属性为null,则抢锁成功,后面其他线程再进来抢锁,就进入EntryList阻塞,直到Thread1执行完释放锁,EntryList里的线程又开始争抢锁(并非先来后到的排队),WaitSet即存调用了wait方法的线程

在这里插入图片描述

2、synchronized相关

2.1 为什么说synchronized是重量级锁

Java应用中的线程是用Thread对象来操作的,JVM负责维护Java线程和操作系统原生线程之间的映射关系。阻塞和唤醒一个线程,都需要CPU参与,而调用硬件资源CPU只能是内核态操作,且Java对象锁通过Monitor实现,Monitor又通过操作系统的互斥量Mutex Lock实现。

因此,加解锁、阻塞线程、唤醒线程等就涉及到了用户态和内核态的频繁切换(两个空间的一些变量的值拷贝),synchronized代码块短的话,可能切换的时间比代码执行时间还长。所以synchronized称为重量级锁。

在这里插入图片描述
鉴于此,JDK6以后,为synchronized引入轻量级锁和偏向锁的概念,避免一下就捅到重量级锁,以尽量减少用户态和内核态的切换次数。

2.2 synchronized锁升级之偏向锁

优化场景:一个锁一直被一个线程持有。如买票时发现线程t3一直在执行卖票的synchronized代码块

在这里插入图片描述
偏向锁会偏向于第一个访问锁的线程,如果在接下来的运行过程中,该锁没有被其他的线程访问,则持有偏向锁的线程将永远不需要触发同步,也即偏向锁在资源没有竞争情况下消除了同步语句。

【syncoronized偏向锁】

2.3 synchronized锁升级之轻量级锁

优化场景:两个线程近乎可以错开交替执行, 或者说是有锁竞争, 但竞争不激烈的情况,获取锁的冲突时间极端,本质就是CAS自旋锁,不要直接往重锁走。

【syncoronized轻量锁】

在这里插入图片描述

总之, synchronized的偏向锁和轻量级锁都是为了缓冲, 尽量避免走Monitor + 操作系统的互斥变量来实现加解锁, 以减少用户态和内核态的切换, 实现性能提升

3、Java内存模型JMM

定义了线程工作内存和主内存之间读写操作的规范

在这里插入图片描述

每个线程有自己的工作内存, 每块线程的工作内存之间相互隔离, 操作同一个变量时, 可通过主内存分别save和load

【JMM】

4、CAS

4.1 CAS流程

比较再交换,Compare And Swap,一种乐观锁的思想,在无锁的状态下保证线程操作数据的原子性,CAS广泛用于AQS框架、AtomicXXX类

  • 当前工作内存的值V
  • 旧的预期值A
  • 即将更新,写回主内存的值B

示意代码:

在这里插入图片描述

t1线程从主内存读到i=5,+1后准备把6写回主内存,此时,比较期望值5和内存中的实际i值,若相等,则乐观的认为自己运算的期间没有其他线程修改i,就将i写回主内存。反之,比如主内存i=6,那t1就再来一次,i=6,i+1,期望6,此时如果主内存i=6,则写回成功,反之继续自旋。

在这里插入图片描述

CAS的优势是没有加锁,线程不会陷入阻塞,效率高,反之,如果竞争激烈,频繁失败自旋重试,效率低且消耗CPU

4.2 CAS底层实现

底层通过Unsafe类来直接调用操作系统底层的CAS指令,来保证原子性,CAS对应在底层是CPU的一条原子指令cmpxchg

在这里插入图片描述

最后,CAS体现乐观锁的思想是,不担心自己操作期间别的线程修改了共享变量,如果被改了就吃点亏再重执行一次,反正我从主内存读数据、在工作内存读数据、写回主内存三步不可再分,有原子性保证,撑死多试几次才能修改数据成功

反之,synchronized则是悲观锁,自己操作时要防着其他线程改共享变量,上个锁,我改完解锁之后,别的线程才有机会

5、volatile关键字的理解

volatile修饰的变量 :

  • 保证线程间的可见性
  • 禁止进行指令重排序

5.1 可见性

volatile的可见性,即保证不同线程对某一个变量一旦完成更改,其他线程立即可见,因为会从线程的工作内存立马刷到主内存

在这里插入图片描述

执行结果:

在这里插入图片描述

结果分析:三个线程操作一个共享变量stop,线程1改了stop的值,一会儿线程2就读到了这个变化,但线程3却一直在循环,这是因为JVM的即时编译器JIT对一直执行的热点代码做了优化:

在这里插入图片描述

可加JVM参数-Xint禁用掉即时编译器,但得不偿失,可给共享变量加stop,JIT不会对volatile变量做优化且volatile变量会立即刷回主内存

static volatile boolean stop = true;

重新运行,显示循环16038233次后,读到stop变量变为true了:

在这里插入图片描述

5.2 禁止指令重排

看个案例:用@Actor注解保证方法内u的代码在同一个线程下执行

在这里插入图片描述

以上代码,并发测试下出现1 ,0 的结果,说明发生了重排序:

在这里插入图片描述
用volatile修饰变量,在读写共享变量时加入屏障,阻止其他读写操作越过屏障,以阻止指令重排序

//改为这样
int x;
volatile int y;

此时,并发测试下不再有1 ,0 的结果,屏障如下:

在这里插入图片描述
如果给x加volatile,则还是有1, 0 的结果

//改为这样
volatile int x;
int y;

因为此时的插入的屏障位置如下:

在这里插入图片描述
上面,volatile修饰x还是y,这是一个volatile的使用技巧问题:

  • 写变量让 volatile 修饰的变量的在代码最后位置
  • 读变量让 volatile 修饰的变量的在代码最开始位置

详见:volatile读写屏障

这篇关于【Java面试】十七、并发篇(上)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1046325

相关文章

JVM 的类初始化机制

前言 当你在 Java 程序中new对象时,有没有考虑过 JVM 是如何把静态的字节码(byte code)转化为运行时对象的呢,这个问题看似简单,但清楚的同学相信也不会太多,这篇文章首先介绍 JVM 类初始化的机制,然后给出几个易出错的实例来分析,帮助大家更好理解这个知识点。 JVM 将字节码转化为运行时对象分为三个阶段,分别是:loading 、Linking、initialization

Spring Security 基于表达式的权限控制

前言 spring security 3.0已经可以使用spring el表达式来控制授权,允许在表达式中使用复杂的布尔逻辑来控制访问的权限。 常见的表达式 Spring Security可用表达式对象的基类是SecurityExpressionRoot。 表达式描述hasRole([role])用户拥有制定的角色时返回true (Spring security默认会带有ROLE_前缀),去

浅析Spring Security认证过程

类图 为了方便理解Spring Security认证流程,特意画了如下的类图,包含相关的核心认证类 概述 核心验证器 AuthenticationManager 该对象提供了认证方法的入口,接收一个Authentiaton对象作为参数; public interface AuthenticationManager {Authentication authenticate(Authenti

Spring Security--Architecture Overview

1 核心组件 这一节主要介绍一些在Spring Security中常见且核心的Java类,它们之间的依赖,构建起了整个框架。想要理解整个架构,最起码得对这些类眼熟。 1.1 SecurityContextHolder SecurityContextHolder用于存储安全上下文(security context)的信息。当前操作的用户是谁,该用户是否已经被认证,他拥有哪些角色权限…这些都被保

Spring Security基于数据库验证流程详解

Spring Security 校验流程图 相关解释说明(认真看哦) AbstractAuthenticationProcessingFilter 抽象类 /*** 调用 #requiresAuthentication(HttpServletRequest, HttpServletResponse) 决定是否需要进行验证操作。* 如果需要验证,则会调用 #attemptAuthentica

Spring Security 从入门到进阶系列教程

Spring Security 入门系列 《保护 Web 应用的安全》 《Spring-Security-入门(一):登录与退出》 《Spring-Security-入门(二):基于数据库验证》 《Spring-Security-入门(三):密码加密》 《Spring-Security-入门(四):自定义-Filter》 《Spring-Security-入门(五):在 Sprin

Java架构师知识体认识

源码分析 常用设计模式 Proxy代理模式Factory工厂模式Singleton单例模式Delegate委派模式Strategy策略模式Prototype原型模式Template模板模式 Spring5 beans 接口实例化代理Bean操作 Context Ioc容器设计原理及高级特性Aop设计原理Factorybean与Beanfactory Transaction 声明式事物

Java进阶13讲__第12讲_1/2

多线程、线程池 1.  线程概念 1.1  什么是线程 1.2  线程的好处 2.   创建线程的三种方式 注意事项 2.1  继承Thread类 2.1.1 认识  2.1.2  编码实现  package cn.hdc.oop10.Thread;import org.slf4j.Logger;import org.slf4j.LoggerFactory

字节面试 | 如何测试RocketMQ、RocketMQ?

字节面试:RocketMQ是怎么测试的呢? 答: 首先保证消息的消费正确、设计逆向用例,在验证消息内容为空等情况时的消费正确性; 推送大批量MQ,通过Admin控制台查看MQ消费的情况,是否出现消费假死、TPS是否正常等等问题。(上述都是临场发挥,但是RocketMQ真正的测试点,还真的需要探讨) 01 先了解RocketMQ 作为测试也是要简单了解RocketMQ。简单来说,就是一个分

JAVA智听未来一站式有声阅读平台听书系统小程序源码

智听未来,一站式有声阅读平台听书系统 🌟 开篇:遇见未来,从“智听”开始 在这个快节奏的时代,你是否渴望在忙碌的间隙,找到一片属于自己的宁静角落?是否梦想着能随时随地,沉浸在知识的海洋,或是故事的奇幻世界里?今天,就让我带你一起探索“智听未来”——这一站式有声阅读平台听书系统,它正悄悄改变着我们的阅读方式,让未来触手可及! 📚 第一站:海量资源,应有尽有 走进“智听