一、Synchronized关键字的底层原理
1. Synchronized的作用
- Synchronized【对象锁】采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程能持有【对象锁】，其他线程再想获取这个【对象锁】时就会阻塞住
2. Monitor
- Synchronized【对象锁】底层是由Monitor实现，线程获得锁时需要使用对象（锁）关联的Monitor
- Monitor被翻译为监视器，由JVM提供，C++语言实现，在Monitor内部有三个属性，分别为Owner、EntryList、WaitSet
（1）Owner：存储当前获取锁的线程，有且只能存储一个线程
（2）EntryList：存储没有抢到锁的线程，此处均为处于Blocked阻塞状态的线程
（3）WaitSet：存储调用wait()方法的线程，此处均为Waiting等待状态的线程
3. 锁升级
- Java中的Synchronized有偏向锁、轻量级锁、重量级锁三种形式，分别对应了锁只被一个线程持有、不同线程交替持有锁、多线程竞争锁三种情况
- 在JDK 1.6引入了两种新型锁机制：偏向锁和轻量级锁，它们的引入是为了解决在没有多线程竞争或基本没有竞争的场景下，因使用传统锁机制带来的性能开销问题
- 总结：一旦锁发生了竞争，都会升级为重量级锁
二、谈谈JMM（Java内存模型）
- Java内存模型（Java Memory Model，JMM）：定义了共享内存中多线程程序读写操作的行为规范，通过这些规则来规范对内存的读写操作，从而保证指令的正确性
- 总结
（1）JMM把内存分为两块，一块是私有线程的工作区域（工作内存），另一块是所有线程的共享区域（主内存）
（2）线程跟线程之间是相互隔离的，线程跟线程之间交互需要通过主内存
三、CAS你知道吗
1. 介绍
- CAS（Compare And Swap，比较再交换）：体现了一种乐观锁的思想，在无锁的情况下，能够保证线程操作共享数据的原子性
- 在JUC（java.util.concurrent）包下实现的很多类都用到了CAS操作
（1）AbstractQueuedSynchronizer（AQS框架）
（2）AtomicXXX类（原子类） - 在操作共享变量的时候使用的是自旋锁，效率上更高一些
- CAS的底层是调用Unsafe类中的方法，都是操作系统提供的，其他语言实现
2. CAS数据交换流程
3. 自旋锁
- 第一次CAS失败后，通过自旋操作，会重新加载主内存中共享变量V值到线程的工作内存中，将A值覆盖为新的V值，然后再去CAS操作，直到成功为止
- 自旋锁：因为没有加锁，所以线程不会陷入阻塞状态，效率较高；但是如果线程之间竞争激烈，重试频繁发生，效率会受影响
4. CAS底层实现
- CAS底层依赖于一个Unsafe类来直接调用操作系统底层的CAS指令
- ReentrantLock中实现CAS的代码
5. 乐观锁和悲观锁
- 乐观锁
（1）CAS基于乐观锁的思想，最乐观的估计，不怕别的线程来修改共享变量，就算改了也没关系，我吃点亏再重试 - 悲观锁
（1）Synchronized基于悲观锁的思想，最悲观的估计，得防着其他线程来修改共享变量，我上了锁，你们都别想改，我改完了解开锁，你们才有机会修改
四、什么是AQS
1. 介绍
- AQS（AbstractQueuedSynchronizer，抽象队列同步器）：是构建锁或者其他同步组件的基础框架
- AQS和Synchronized的区别
- AQS常见的实现类
（1）ReentrantLock：阻塞式锁
（2）Semaphore：信号量
（3）CountDownLatch：倒计时锁
2. AQS工作机制
- AQS内部维护了一个先进先出的双向队列，队列中存储着排队的线程
- AQS内部还有一个属性state，这个state就相当于一个资源，默认是0（无锁状态）。如果队列中有一个线程成功修改state为1，则当前线程就相当于获取了资源（锁）
- 基本工作机制
- 多个线程共同去抢这个state资源，如何保证原子性
- AQS是公平锁，还是非公平锁
五、ReentrantLock的实现原理
1. 特点
- ReentrantLock为可重入锁，相对于Synchronized锁具备以下特点
（1）可中断
（2）可以设置超时时间
（3）可以设置公平锁
（4）支持多个变量
（5）与Synchronized锁一样，都支持重入，调用lock()方法获取到锁之后，再次调用lock()方法是不会阻塞的
2. 实现原理
-
ReentrantLock主要利用CAS+AQS队列来实现的，支持公平锁和非公平锁
-
ReentrantLock的构造方法接收一个可选的公平参数（默认：非公平锁），当设置为true时，表示公平锁，否则为非公平锁
-
公平锁的效率往往没有非公平锁效率高，在多线程访问的情况下，公平锁表现出较低的吞吐量
-
具体描述
六、死锁产生的条件是什么
1. 介绍
- 死锁：一个线程需要同时获取多把锁，这时候就容易发生死锁
2. 如何进行死锁诊断
- 当程序出现了死锁现象，可以使用JDK自带的工具：jps和jstack
（1）jps：输出JVM中运行的进程状态信息
（2）jstack：查看Java进程内线程的堆栈信息
- 其他工具查看
（1）jconsole.exe
（2）VisualVM
七、谈谈你对volatile的理解
1. 介绍
- 一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义
（1）保证线程之间的可见性
（2）禁止进行指令重排
2. 保证线程之间的可见性
- 用volatile修饰共享变量，能够防止编译器等优化发生，让一个线程对共享变量的修改对另一个线程可见
- 可见性问题分析：主要是因为在JVM虚拟机中有一个JIT（即时编译器）给代码做了优化
（1）解决方案一：在程序运行的时候加入VM参数-Xint，表示禁用JIT即时编译器【不推荐，得不偿失，其他程序还要使用JIT】
（2）解决方案二：在修饰共享变量的时候加上volatile，告诉JIT不要对volatile修饰的变量做优化
3. 禁止指令重排序
- 用volatile修饰共享变量时，会在读、写共享变量时加入不同的屏障，阻止其他读写操作越过屏障，从而达到阻止重排序的效果
- 指令重排序演示
- 解决指令重排序演示
- volatile使用技巧
（1）写变量：让volatile修饰的变量在代码最后位置
（2）读变量：让volatile修饰的变量在代码最开始位置
八、聊一下ConcurrentHashMap
1. 介绍
- ConcurrentHashMap是一种线程安全的高效Map集合
- 底层数据结构
（1）JDK 1.7：采用分段的数组+链表实现
（2）JDK 1.8：采用的数据结构和HashMap一样，数组+链表/红黑二叉树
2. 添加数据逻辑
- JDK 1.7：ReentrantLock锁+CAS
（1）整体流程
（2）添加数据
- JDK 1.8：Synchronized锁+CAS
（1）CAS控制数组节点的添加
（2）Synchronized只是锁定当前链表/红黑树二叉树的首节点，只要hash不冲突，就不会产生并发问题，效率得到提升
（3）添加数据
九、导致并发程序出现问题的根本原因是什么
1. 原子性
- 一个线程在CPU中操作不可暂停，也不可中断，要不执行完成，要不不执行
2. 可见性
- 一个线程对共享变量的修改对另一个线程可见
3. 有序性
- 指令重排序：处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化。它不保证程序中各个语句的执行先后顺序与代码中的顺序一致
4. 解决方案
- 原子性：Synchronized、Lock
- 可见性：volatile、Synchronized、Lock
- 有序性：volatile
十、Synchronized锁和Lock锁有什么区别
1. 语法层面
- Synchronized是Java关键字，源码在JVM中，由C++语言实现
- Lock是接口，源码由JDK提供，Java语言实现
- 使用Synchronized时，退出同步代码块，锁会自动释放
- 使用Lock时，需要手动调用unlock()方法释放锁
2. 功能层面
- 二者均属于悲观锁，都具备基本的互斥、同步、锁重入功能
- Lock提供了许多Synchronized不具备的功能，比如：公平锁、可打断（lock.lockInterruptibly()方法&t1.interrupt()方法）、可超时（lock.tryLock(long time)方法）、多条件变量（lock.newCondition()方法&c1.await()方法&c1.signal()方法）
- Lock有适合不同场景的实现，比如：ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock（读写锁）
3. 性能层面
- 在没有竞争时候，Synchronized做了很多优化，性能不赖，比如：偏向锁、轻量级锁
- 在竞争激烈时候，Lock的实现通常会提供更好的性能
