标签:tail spin down rom 意图 max running 同步方法 中断
个人珍藏的80道Java多线程/并发经典面试题,因为篇幅太长,现在先给出1-10的答案解析哈,后面一起完善,并且上传github哈~
?https://github.com/whx123/JavaHome
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「公众号:捡田螺的小男孩」
ObjectMonitor() {
_header = NULL;
_count = 0; // 记录线程获取锁的次数
_waiters = 0,
_recursions = 0; //锁的重入次数
_object = NULL;
_owner = NULL; // 指向持有ObjectMonitor对象的线程
_WaitSet = NULL; // 处于wait状态的线程,会被加入到_WaitSet
_WaitSetLock = 0 ;
_Responsible = NULL ;
_succ = NULL ;
_cxq = NULL ;
FreeNext = NULL ;
_EntryList = NULL ; // 处于等待锁block状态的线程,会被加入到该列表
_SpinFreq = 0 ;
_SpinClock = 0 ;
OwnerIsThread = 0 ;
}
ObjectMonitor的几个关键属性 _count、_recursions、_owner、_WaitSet、 _EntryList 体现了monitor的工作原理
在讨论锁优化前,先看看JAVA对象头(32位JVM)中Mark Word的结构图吧~
Mark Word存储对象自身的运行数据,如「哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、偏向时间戳(Epoch)」 等,为什么区分「偏向锁、轻量级锁、重量级锁」等几种锁状态呢?
?在JDK1.6之前,synchronized的实现直接调用ObjectMonitor的enter和exit,这种锁被称之为「重量级锁」。从JDK6开始,HotSpot虚拟机开发团队对Java中的锁进行优化,如增加了适应性自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁和偏向锁等优化策略。
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?举个例子,买门票进动物园。老师带一群小朋友去参观,验票员如果知道他们是个集体,就可以把他们看成一个整体(锁租化),一次性验票过,而不需要一个个找他们验票。
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有兴趣的朋友们可以看看我这篇文章: Synchronized解析——如果你愿意一层一层剥开我的心[1]
回答四个主要点:
ThreadLocal,即线程本地变量。如果你创建了一个ThreadLocal变量,那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的一个本地拷贝,多个线程操作这个变量的时候,实际是操作自己本地内存里面的变量,从而起到线程隔离的作用,避免了线程安全问题。
//创建一个ThreadLocal变量
static ThreadLocal<String> localVariable = new ThreadLocal<>();
ThreadLocal内存结构图:
由结构图是可以看出:
对照着几段关键源码来看,更容易理解一点哈~
public class Thread implements Runnable {
//ThreadLocal.ThreadLocalMap是Thread的属性
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
}
ThreadLocal中的关键方法set()和get()
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread(); //获取当前线程t
ThreadLocalMap map = getMap(t); //根据当前线程获取到ThreadLocalMap
if (map != null)
map.set(this, value); //K,V设置到ThreadLocalMap中
else
createMap(t, value); //创建一个新的ThreadLocalMap
}
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();//获取当前线程t
ThreadLocalMap map = getMap(t);//根据当前线程获取到ThreadLocalMap
if (map != null) {
//由this(即ThreadLoca对象)得到对应的Value,即ThreadLocal的泛型值
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}
ThreadLocalMap的Entry数组
static class ThreadLocalMap {
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
}
所以怎么回答「ThreadLocal的实现原理」?如下,最好是能结合以上结构图一起说明哈~
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Thread类有一个类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap的实例变量threadLocals,即每个线程都有一个属于自己的ThreadLocalMap。 ThreadLocalMap内部维护着Entry数组,每个Entry代表一个完整的对象,key是ThreadLocal本身,value是ThreadLocal的泛型值。 每个线程在往ThreadLocal里设置值的时候,都是往自己的ThreadLocalMap里存,读也是以某个ThreadLocal作为引用,在自己的map里找对应的key,从而实现了线程隔离。
先看看一下的TreadLocal的引用示意图哈,
ThreadLocalMap中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用,如下
?弱引用:只要垃圾回收机制一运行,不管JVM的内存空间是否充足,都会回收该对象占用的内存。
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弱引用比较容易被回收。因此,如果ThreadLocal(ThreadLocalMap的Key)被垃圾回收器回收了,但是因为ThreadLocalMap生命周期和Thread是一样的,它这时候如果不被回收,就会出现这种情况:ThreadLocalMap的key没了,value还在,这就会「造成了内存泄漏问题」。
如何「解决内存泄漏问题」?使用完ThreadLocal后,及时调用remove()方法释放内存空间。
我记得校招的时候,这道面试题出现的频率还是挺高的~可以从锁的实现、功能特点、性能等几个维度去回答这个问题,
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ReentrantLock提供了一种能够中断等待锁的线程的机制,通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。 ReentrantLock可以指定是公平锁还是非公平锁。而synchronized只能是非公平锁。所谓的公平锁就是先等待的线程先获得锁。 synchronized与wait()和notify()/notifyAll()方法结合实现等待/通知机制,ReentrantLock类借助Condition接口与newCondition()方法实现。 ReentrantLock需要手工声明来加锁和释放锁,一般跟finally配合释放锁。而synchronized不用手动释放锁。
举个例子吧:
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CountDownLatch:假设老师跟同学约定周末在公园门口集合,等人齐了再发门票。那么,发门票(这个主线程),需要等各位同学都到齐(多个其他线程都完成),才能执行。 CyclicBarrier:多名短跑运动员要开始田径比赛,只有等所有运动员准备好,裁判才会鸣枪开始,这时候所有的运动员才会疾步如飞。
?Fork/Join框架是Java7提供的一个用于并行执行任务的框架,是一个把大任务分割成若干个小任务,最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。
?
Fork/Join框架需要理解两个点,「分而治之」和「工作窃取算法」。
「分而治之」
以上Fork/Join框架的定义,就是分而治之思想的体现啦
「工作窃取算法」
把大任务拆分成小任务,放到不同队列执行,交由不同的线程分别执行时。有的线程优先把自己负责的任务执行完了,其他线程还在慢慢悠悠处理自己的任务,这时候为了充分提高效率,就需要工作盗窃算法啦~
工作盗窃算法就是,「某个线程从其他队列中窃取任务进行执行的过程」。一般就是指做得快的线程(盗窃线程)抢慢的线程的任务来做,同时为了减少锁竞争,通常使用双端队列,即快线程和慢线程各在一端。
看看Thread的start方法说明哈~
/**
* Causes this thread to begin execution; the Java Virtual Machine
* calls the <code>run</code> method of this thread.
* <p>
* The result is that two threads are running concurrently: the
* current thread (which returns from the call to the
* <code>start</code> method) and the other thread (which executes its
* <code>run</code> method).
* <p>
* It is never legal to start a thread more than once.
* In particular, a thread may not be restarted once it has completed
* execution.
*
* @exception IllegalThreadStateException if the thread was already
* started.
* @see #run()
* @see #stop()
*/
public synchronized void start() {
......
}
JVM执行start方法,会另起一条线程执行thread的run方法,这才起到多线程的效果~ 「为什么我们不能直接调用run()方法?」 如果直接调用Thread的run()方法,其方法还是运行在主线程中,没有起到多线程效果。
CAS,Compare and Swap,比较并交换;
?CAS 涉及3个操作数,内存地址值V,预期原值A,新值B; 如果内存位置的值V与预期原A值相匹配,就更新为新值B,否则不更新
?
CAS有什么缺陷?
「ABA 问题」
?并发环境下,假设初始条件是A,去修改数据时,发现是A就会执行修改。但是看到的虽然是A,中间可能发生了A变B,B又变回A的情况。此时A已经非彼A,数据即使成功修改,也可能有问题。
?
可以通过AtomicStampedReference「解决ABA问题」,它,一个带有标记的原子引用类,通过控制变量值的版本来保证CAS的正确性。
「循环时间长开销」
?自旋CAS,如果一直循环执行,一直不成功,会给CPU带来非常大的执行开销。
?
很多时候,CAS思想体现,是有个自旋次数的,就是为了避开这个耗时问题~
「只能保证一个变量的原子操作。」
?CAS 保证的是对一个变量执行操作的原子性,如果对多个变量操作时,CAS 目前无法直接保证操作的原子性的。
?
可以通过这两个方式解决这个问题:
??
使用互斥锁来保证原子性; 将多个变量封装成对象,通过AtomicReference来保证原子性。
有兴趣的朋友可以看看我之前的这篇实战文章哈~ CAS乐观锁解决并发问题的一次实践[2]
没有代码demo,感觉是没有灵魂的~ 如下:
/**
* @Author 捡田螺的小男孩
*/
public class AtomicIntegerTest {
private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
testIAdd();
}
private static void testIAdd() throws InterruptedException {
//创建线程池
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
executorService.execute(() -> {
for (int j = 0; j < 2; j++) {
//自增并返回当前值
int andIncrement = atomicInteger.incrementAndGet();
System.out.println("线程:" + Thread.currentThread().getName() + " count=" + andIncrement);
}
});
}
executorService.shutdown();
Thread.sleep(100);
System.out.println("最终结果是 :" + atomicInteger.get());
}
}
运行结果:
...
线程:pool-1-thread-1 count=1997
线程:pool-1-thread-1 count=1998
线程:pool-1-thread-1 count=1999
线程:pool-1-thread-2 count=315
线程:pool-1-thread-2 count=2000
最终结果是 :2000
死锁是指多个线程因竞争资源而造成的一种互相等待的僵局。如图感受一下: 「死锁的四个必要条件:」
「如何预防死锁?」
牛顿说,我之所以看得远,是因为我站在巨人的肩膀上~ 谢谢以下各位前辈哈~
Synchronized解析——如果你愿意一层一层剥开我的心: https://juejin.im/post/5d5374076fb9a06ac76da894#comment
[2]CAS乐观锁解决并发问题的一次实践: https://juejin.im/post/5d0616ade51d457756536791
[3]面试必问的CAS,你懂了吗?: https://blog.csdn.net/v123411739/article/details/79561458
[4]Java多线程:死锁: https://www.cnblogs.com/xiaoxi/p/8311034.html
[5]ReenTrantLock可重入锁(和synchronized的区别)总结: https://blog.csdn.net/qq838642798/article/details/65441415
[6]聊聊并发(八)——Fork/Join 框架介绍: https://www.infoq.cn/article/fork-join-introduction
标签:tail spin down rom 意图 max running 同步方法 中断
原文地址:https://www.cnblogs.com/jay-huaxiao/p/13394928.html