面試官超級(jí)喜歡問的 Synchronized 鎖
前言
最近技術(shù)圈子里因log4j的漏洞炸開了鍋。
Synchronized鎖在面試當(dāng)中難免會(huì)遇到，那么如何完美應(yīng)對(duì)面試官角度刁鉆的問題就顯得尤為重要。阿巴阿巴以身作則，給大家貢獻(xiàn)面試經(jīng)驗(yàn)。
回家等通知
面試官： synchronized應(yīng)該了解吧?講講。
阿巴阿巴： 嗯嗯，了解一些，synchronized是Java中的關(guān)鍵字，它的作用主要是用來同步，一般叫它同步鎖，一般可以用在方法上，以及代碼塊上。
阿巴阿巴： 用在方法上好像鎖的的對(duì)象，用在代碼塊上如果修飾的是對(duì)象則鎖的是對(duì)象，如果修飾的是類，那么鎖的是該類的所有對(duì)象。
面試官： 不錯(cuò)，那synchronized可以用在構(gòu)造方法上嗎?上鎖的過程你了解嗎?
阿巴阿巴： 嗯...這個(gè)...不太清楚。
面試官： 那可以講一下鎖的優(yōu)化嗎?
阿巴阿巴： 嗯?鎖還有優(yōu)化嗎?不是很清楚哦。
面試官： 好的，那今天先面到這里吧，你回去等我通知哈??
阿巴阿巴： 好的。
當(dāng)場(chǎng)發(fā)offer
面試官： synchronized應(yīng)該了解吧?講講。
阿巴阿巴： 嗯嗯，了解一些，synchronized是Java中的關(guān)鍵字，它的作用主要是用來同步，一般叫它同步鎖，一般可以用在實(shí)例方法上、靜態(tài)方法上以及代碼塊上，主要是維護(hù)一個(gè)狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)就是同一時(shí)刻，只能有一個(gè)線程去訪問synchronized修飾的方法或代碼塊。
阿巴阿巴： 用在實(shí)例方法上鎖的是調(diào)用該方法的對(duì)象，用在靜態(tài)方法上，鎖的是當(dāng)前類的所有對(duì)象，用在代碼塊上如果修飾的是對(duì)象則鎖的是對(duì)象，如果修飾的是類，那么鎖的是該類的所有對(duì)象。(畫圖強(qiáng)化記憶)
- // synchronized用在靜態(tài)方法上
- public synchronized static void test01() {
- }
- // synchronized用在實(shí)例方法上
- public synchronized void test02() {
- }
- // synchronized用來修飾對(duì)象
- public void test03() {
- synchronized (this) {}
- }
- // synchronized用來修飾當(dāng)前類
- public void test04() {
- synchronized (TestSyn.class) {}
- }
面試官： 不錯(cuò)，那synchronized可以用在構(gòu)造方法上嗎?上鎖的過程你了解嗎?
阿巴阿巴： synchronized不能直接加在構(gòu)造方法上，但是可以在構(gòu)造方法里使用synchronized的代碼塊。
阿巴阿巴： 上鎖過程這里涉及到JDK版本問題，在JDK1.5及之前的話，synchronized關(guān)鍵字經(jīng)過編譯之后，會(huì)在同步塊的前后分別形成monitorenter和monitorexit這倆個(gè)字節(jié)碼指令，在執(zhí)行monitorenter指令的時(shí)候?qū)ο箧i(這個(gè)對(duì)象鎖包括對(duì)象實(shí)例或Class對(duì)象)，如果說獲取的這個(gè)對(duì)象沒有被鎖定，或者說當(dāng)前線程已經(jīng)獲取到該對(duì)象的鎖了(synchronized是可重入鎖，即已經(jīng)獲取到鎖的線程可以再次獲取鎖，而不需要再進(jìn)行同步)，那么就把鎖的計(jì)數(shù)器加1，
阿巴阿巴： 同樣，如果在執(zhí)行monitorexit這個(gè)指令時(shí)，就把鎖的計(jì)數(shù)器減1，這樣當(dāng)計(jì)數(shù)器的值為0時(shí)，鎖就被釋放了。倘若線程獲取對(duì)象鎖沒成功，那么就會(huì)一直阻塞等待直到鎖被釋放。
阿巴阿巴： synchronized重量級(jí)鎖的實(shí)現(xiàn)是由C++代碼實(shí)現(xiàn)的，其中有個(gè)ObjectMonitor隊(duì)列，下面展示下代碼中的重要屬性。
- ObjectMonitor() {
- _recursions = 0; //重入次數(shù)
- _owner = NULL; //指向持有ObjectMonitor對(duì)象的線程
- _WaitSet = NULL; //調(diào)用wait后，線程會(huì)被加入到_WaitSet，WaitSet是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)
- _cxq = NULL ; //多線程競(jìng)爭(zhēng)鎖進(jìn)入時(shí)的單向鏈表
- _EntryList = NULL ; //等待獲取鎖的線程，會(huì)被加入到該列表，_EntryList是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)
- }
阿巴阿巴： 下面是線程流動(dòng)圖。
如上圖所示
0 當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，那么這些線程會(huì)被放入到EntryList隊(duì)列，此時(shí)線程處于阻塞狀態(tài)
1 當(dāng)一個(gè)線程獲取到了對(duì)象的monitor后，那么就可以進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，這時(shí)候ObjectMonitor對(duì)象的/_owner指向當(dāng)前線程，_count加1表示當(dāng)前對(duì)象鎖被一個(gè)線程獲取。
2 當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)的線程調(diào)用wait()方法，那么當(dāng)前線程釋放monitor對(duì)象，進(jìn)入等待狀態(tài)，ObjectMonitor對(duì)象的/_owner變?yōu)閚ull，_count減1，同時(shí)線程進(jìn)入_WaitSet隊(duì)列。
3 直到有線程調(diào)用notify()方法喚醒該線程，則該線程進(jìn)入_EntryList隊(duì)列，競(jìng)爭(zhēng)到鎖再進(jìn)入_Owner區(qū)。
4 如果當(dāng)前線程執(zhí)行完畢，那么也釋放monitor對(duì)象，ObjectMonitor對(duì)象的/_owner變?yōu)閚ull，_count減1。
阿巴阿巴： 而JDK 1.5版本之前的synchronized，每次加鎖都需要從用戶態(tài)(運(yùn)行用戶程序)切換到內(nèi)核態(tài)(運(yùn)行操作系統(tǒng)程序、操作硬件等)，這種切換對(duì)系統(tǒng)資源的消耗是巨大的，因此JDK 1.6版本對(duì)synchronized進(jìn)行了優(yōu)化，引入了下面這些概念
- 自旋鎖
- 自適應(yīng)性自旋
- 鎖消除
- 鎖粗化
- 偏向鎖
- 輕量級(jí)鎖
- 重量鎖
面試官： 愿聞其詳
阿巴阿巴： 自旋鎖的引入主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下，一個(gè)線程占用鎖的時(shí)間不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，如果有其他線程競(jìng)爭(zhēng)，直接將競(jìng)爭(zhēng)失敗的線程掛起再恢復(fù)，顯然這種消耗是巨大的，所以采用一種“觀望”的手段，即讓該線程稍做等待，看看這段時(shí)間內(nèi)占有鎖的線程是否會(huì)釋放鎖，這就是自旋。
阿巴阿巴： 然而，自旋也沒能徹底解決該問題，需要考慮到占有鎖的線程對(duì)鎖的占用，如果占用過久那么就會(huì)導(dǎo)致自旋鎖一直做無(wú)用的自選操作，從而消耗CPU資源，因此設(shè)置一個(gè)自旋的次數(shù)閾值顯得尤為重要，這個(gè)閾值也需要設(shè)置成合適的值，不會(huì)過高也不會(huì)過低。
阿巴阿巴： 自適應(yīng)自旋鎖的誕生。自適應(yīng)的意思就是說自旋的次數(shù)或者時(shí)間不再固定了，而是由前一次在同一個(gè)鎖上的自旋的次數(shù)或者時(shí)間來決定：如果在同一個(gè)鎖對(duì)象上，自旋等待剛剛成功獲得過鎖，并且持有鎖的線程正在運(yùn)行中，那么虛擬機(jī)就會(huì)認(rèn)為這次自旋也很有可能再次成功，M某種意義上來說它將允許自旋等待持續(xù)相對(duì)更長(zhǎng)的時(shí)間。相反的，如果自旋很少成功獲得過，那在以后要獲取這個(gè)鎖時(shí)將可能減少自旋時(shí)間、或次數(shù)，從而來避免浪費(fèi)CPU資源。
阿巴阿巴： 鎖消除即在同步的代碼中分析發(fā)現(xiàn)無(wú)論如何都不會(huì)出現(xiàn)鎖的競(jìng)爭(zhēng)，那么就可以將該鎖進(jìn)行消除，這個(gè)分析被稱為逃逸分析，如果有一個(gè)段同步的代碼不會(huì)被其他線程所訪問到，那么這個(gè)同步也是無(wú)意義的。
阿巴阿巴： 鎖的粗化指的是如果一段代碼一直在不停的給一個(gè)對(duì)象進(jìn)行加鎖、解鎖，比如在循環(huán)體中進(jìn)行加鎖、解鎖操作，就算沒有線程競(jìng)爭(zhēng)，也會(huì)產(chǎn)生巨大消耗的，對(duì)于這種情況可以考慮將鎖的范圍擴(kuò)大，這個(gè)過程就是粗化。
阿巴阿巴： 偏向鎖在保證線程安全的情況下，其實(shí)不一定會(huì)有線程的競(jìng)爭(zhēng)，也就是不一定會(huì)有互斥，如果一個(gè)鎖對(duì)象沒有其他沒有其他線程競(jìng)爭(zhēng)，那么JVM會(huì)默認(rèn)其為偏向鎖，偏向鎖默認(rèn)只有第一個(gè)申請(qǐng)鎖的線程會(huì)使用鎖且不會(huì)有其他線程來競(jìng)爭(zhēng)鎖，因此，只需要在Mark Word中CAS記錄owner，如果記錄更新成功，則偏向鎖獲取成功，記錄鎖狀態(tài)為偏向鎖，以后當(dāng)前線程等于owner就可以零成本的直接獲得鎖;如果這時(shí)候有其他線程競(jìng)爭(zhēng)，那么偏向鎖就會(huì)膨脹為輕量級(jí)鎖。
阿巴阿巴： 使用輕量級(jí)鎖時(shí)，不需要申請(qǐng)互斥量，僅僅將Mark Word中的部分字節(jié)CAS更新指向線程棧中的Lock Record，如果更新成功，則輕量級(jí)鎖獲取成功，記錄鎖狀態(tài)為輕量級(jí)鎖;輕量鎖適合于倆個(gè)線程交替運(yùn)行，但是沒有產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上得競(jìng)爭(zhēng)，如果發(fā)生了鎖競(jìng)爭(zhēng)，接下來輕量鎖將膨脹為重量級(jí)鎖。
面試官： 講的很好，不錯(cuò)，可以回去準(zhǔn)備后面的面試了??。
阿巴阿巴： 好的。
本期面試到此結(jié)束，下期阿巴阿巴被問到了更難的對(duì)象頭和鎖相關(guān)的東西，期待她完美的表現(xiàn)吧!
