锁的用法及常见面试题

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2023-12-02 07:56:40

Lock的意义和使用

在多线程编程中，多个线程同时操作共享数据时，可能会引发数据不一致的情况。例如，两个线程同时对同一个变量进行写操作，可能会导致数据的丢失。为了解决这个问题，Java提供了锁(Lock)机制。

锁是一种同步机制，它允许一个线程在访问共享数据时，独占该数据的访问权。这样，其他线程只能等待锁被释放，才能访问共享数据。

使用锁可以保证共享数据的安全性，防止数据被破坏。然而，过多的使用锁也会导致性能下降，因为锁会阻塞其他线程的执行。因此，在使用锁时，需要仔细权衡锁的收益和成本。

同步器AbstractQueuedSynchronizer

AbstractQueuedSynchronizer (AQS)是Java中锁的基础类。AQS提供了锁的实现框架，允许开发人员自定义锁的行为。

AQS使用队列来管理等待获取锁的线程。当一个线程试图获取锁时，如果锁已经被其他线程持有，则该线程会被放入队列中等待。当锁被释放后，AQS会唤醒队列中的第一个线程，并允许该线程获取锁。

重入锁ReentrantLock

ReentrantLock是Java中的一种重入锁。所谓重入锁，就是允许一个线程多次获取同一个锁。这意味着，一个线程可以获取一个锁，然后在释放锁之前再次获取该锁。

ReentrantLock使用计数器来记录锁被获取的次数。当一个线程获取锁时，计数器加一；当一个线程释放锁时，计数器减一。当计数器为零时，锁被释放。

读写锁ReentrantReadWriteLock

ReentrantReadWriteLock是Java中的一种读写锁。读写锁允许多个线程同时读共享数据，但只允许一个线程写共享数据。

ReentrantReadWriteLock有两个锁：一个读锁和一个写锁。当一个线程获取读锁时，其他线程只能获取读锁，不能获取写锁。当一个线程获取写锁时，其他线程不能获取读锁或写锁。

Condition

Condition是一个等待队列，它允许线程等待某个条件满足。当条件满足时，线程会被唤醒并继续执行。

Condition与锁一起使用。当一个线程需要等待某个条件满足时，它可以获取锁，然后调用Condition的await()方法进入等待状态。当条件满足时，其他线程可以调用Condition的signal()或signalAll()方法唤醒等待的线程。

一、Lock的使用

Lock的用法非常简单。首先，创建一个Lock对象。然后，在需要获取锁的代码块之前，使用Lock对象的lock()方法获取锁。最后，在需要释放锁的代码块之后，使用Lock对象的unlock()方法释放锁。

例如，以下代码演示了如何使用Lock来保护一个共享变量：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class SharedCounter {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private int count = 0;

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public int getCount() {
        lock.lock();
        try {
            return count;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

二、常见面试题

锁的分类有哪些？
- 可重入锁（ReentrantLock）
- 不可重入锁（synchronized）
- 读写锁（ReentrantReadWriteLock）
- 独占锁（Exclusive Lock）
- 共享锁（Shared Lock）
- 公平锁（Fair Lock）
- 非公平锁（Unfair Lock）
什么是死锁？
- 死锁是指两个或多个线程互相等待，导致都无法继续执行的情况。
如何避免死锁？
- 避免环形等待
- 避免获取锁的顺序依赖
- 使用超时锁
什么是饥饿？
- 饥饿是指一个线程长时间无法获取锁，导致无法执行的情况。
如何避免饥饿？
- 使用公平锁
- 使用优先级队列
- 使用锁老化机制
什么是活锁？
- 活锁是指两个或多个线程互相抢夺锁，导致都无法继续执行的情况。
如何避免活锁？
- 使用锁老化机制
- 使用随机退避算法