多线程进阶--面试常见知识点

1 常见的锁策略

1.1 乐观锁vs悲观锁

悲观乐观是对后续锁冲突是否频繁做出的预测。

如果预测接下来发生锁冲突的概率不大，就可以少做一些工作，就称为乐观锁；

如果预测接下来发生锁冲突的概率较大，就需要多做一些工作，就称为悲观锁。

1.2 重量级锁vs轻量级锁

重量级锁，锁的开销较大；轻量级锁，锁的开销较小。

通常，乐观锁就是轻量级锁，悲观锁就是重量级锁。

1.3 自旋锁vs挂起等待锁

自旋锁是轻量级锁的的一种典型实现，往往在用户态进行，例如使用一个while循环，不断判断当前锁是否被释放，如果没释放，就继续循环，如果已经释放，就获取到锁并结束循环。（忙等，消耗cpu但是换来了更快的响应速度）；

挂起等待锁要借助系统api来实现，一旦出现锁竞争，就会在系统内核中执行一系列的操作（比如让这个线程进入阻塞状态，不参与cpu的调度，而阻塞的开销通常是很大的）。

1.4 读锁vs写锁

读锁：读的时候别的线程可以读，但是不可写。

写锁：写的时候别的线程不可以读，也不可以写。

1.5 公平锁vs非公平锁

当一堆线程等待锁释放想要拿到锁的时候，该按照什么策略拿呢？

公平锁：先来的线程先拿到锁。（先来后到）

非公平锁：每个线程以相同的概率竞争锁。

以上策略都是锁的一些特点，那前面说过的synchronized属于哪种锁呢？

1、对于“悲观乐观”是自适应的。

2、对于“重量轻量”是自适应的。

3、对于“自旋挂起”是自适应的。

4、不是读写锁。

5、是可冲入锁。

6、是非公平锁。

对于初始情况，synchronized会预测锁冲突的概率不大，此时以乐观锁的模式来运行（也就是轻量并且自旋的）；如果后续锁冲突的概率加大，那么此时就会自适应的变为悲观锁（也就是重量挂起的）。

2 CAS

CAS就是compare和swap，也就是比较并且交换，那它比较的是什么呢？是内存和寄存器中的值。

CAS（M，A，B）:比较M和A的值，如果相同，就把M和B的值交换，返回true；如果不同，就什么都不做，直接返回false。

这是CAS的伪代码：

CAS本质上是cpu提供的一个指令，是具有原子性的，之后又被操作系统封装，提供api，又被JVM封装，也提供api，最后供程序员使用。

既然CAS是具有原子性的，那么它也可以解决“线程安全”问题，从而在一些场景中代替加锁策略，基于CAS实现“线程安全”的编程称为无锁编程。这样做的好处是什么呢：不仅可以保证线程安全，同时比加锁的效率更高；但是，也存在一些缺点：1、代码会更复杂，不好理解 2、仅使用于一些场景，不如加锁普适性强。

2.1 CAS的关键问题：ABA问题

什么是ABA呢？当一个线程将数据A取出，经过一系列操作后把它变为B，但是最后又通过一系列操作将它变回A，那么对于另一个执行CAS操作的线程来说，可能会认为这个数据是没发生过变化的（虽然有的时候也不会出现bug），这种问题就是ABA问题。

此时，左侧的CAS中value的值不等于oldValue的值，就不执行任何操作，直接返回false。但是如果发生ABA问题，例如此时恰好有个人又给我转了500元，那么我的value又变回1000，等于oldValue，再次扣款，这就出现了很严重的bug，本来我只打算取500，但是现在取了1000！！

那又该怎么解决这个问题呢？

很简单，只需要让判定的数值按照一个方向变化即可（不要出现反复横跳，一会加一会减就可能会出现ABA问题）。在上述这个例子中，我们只需要将CAS的判定条件改为版本号，初识版本号为v1，每执行一次操作，版本号就会加1，那么，只要有其它线程穿插执行，版本号一定不等于old版本号，此时一定不会执行交换操作，而是会直接返回false，bug顺利解决。

3 信号量Semaphore

信号量是操作系统中比较重要的概念，其实信号量就是一个计数器，描述了“可用资源”的个数，每次申请一个可用资源，就要让信号量减1（P操作），每次释放一个操作，就要让信号量加1（V操作），那如果信号量已经为0的情况下继续申请资源（使用P操作）会发生什么呢？此时就会阻塞等待，直到其它线程释放一个资源（使用V操作），才能继续往下执行。

前面提到过的锁其实就是一种特殊的信号量，锁就是可用资源为1的信号量，所以一旦加锁，其它线程就会发生阻塞，因为加锁相当于使信号量减1，而此时信号量一共就是1，所以直到该线程释放锁，也就相当于执行V操作，其它线程才能获得锁