引言
在Java编程中,锁机制是很重要的一个概念,它可以体现出Java并发编程的核心思想。Java锁机制是多线程计算机系统中的一种同步机制,它能够防止多个线程同时操作共享的资源,从而保证数据的线程安全性。在Java编程面试中,Java锁相关的面试题也是非常常见的,今天我们就来介绍一些常见的Java锁面试题,帮助大家更好地准备面试。
Java锁的基础知识
Java中锁的类型
Java中常见的锁有两种,分别是synchronized锁和ReentrantLock锁。synchronized锁是Java的一种内置锁,是Java语言层面实现的,ReentrantLock锁是Java的一种可重入锁,是基于Java API层面的实现。下面我们来介绍一下这两种锁的区别:
public class LockTest { private final Object lock1 = new Object(); private final ReentrantLock lock2= new ReentrantLock(); public void syncMethod() { synchronized (lock1) { //synchronized锁 } } public void reentrantMethod() { lock2.lock(); try { //ReentrantLock锁 } finally { lock2.unlock(); } } }
synchronized和ReentrantLock的区别
1、锁的可重入性:ReentrantLock锁是可重入锁,而synchronized锁是不可重入锁。可重入是指同一线程可以多次进入代码块,不需要去重新获取锁。
2、锁的获取方式:synchronized是Java的关键字,而ReentrantLock是Java API层面上的类。synchronized锁的获取是隐式的,在进入同步代码块的时候自动获取,而ReentrantLock需要自己去显式的获取锁。
3、锁的释放方式:ReentrantLock锁需要在finally块中手动释放锁,而synchronized是在代码块执行完毕或者出现异常时自动释放锁。
Java内置锁synchronized
synchronized是Java中的一种内置锁,主要是通过Java中的“Monitor”机制来实现同步的。它通过对对象或者类进行加锁,使得同一时刻只能有一个线程执行被加锁的代码块。下面我们来看一个synchronized锁的例子:
public class SynchronizedTest { private int count = 0; public void increase() { synchronized (this) { count++; } } }
在这个例子中,我们使用synchronized对increase()方法进行加锁,保证在同步块内的操作是原子的,这样就可以避免多线程环境下对count变量进行非线程安全的操作。
ReentrantLock锁
ReentrantLock是Java API提供的一种可重入锁,它比synchronized更加灵活,可以自由控制锁的获取、释放,同时还能够通过继承ReentrantReadWriteLock实现读写锁。下面我们来看一个ReentrantLock锁的例子:
public class ReentrantLockTest { private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); private int count = 0; public void increase() { lock.lock(); try { count++; } finally { lock.unlock(); } } }
在这个例子中,我们使用ReentrantLock对increase()方法进行加锁,保证在同步块内的操作是原子的,这样就可以避免多线程环境下对count变量进行非线程安全的操作。
Java锁的高级知识
公平锁和非公平锁
在Java中,锁还可以分为公平锁和非公平锁。公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁,而非公平锁是指多个线程获取锁的顺序是不确定的。公平锁的优点在于等待时间相对较长的线程会优先获取锁,避免了线程的饥饿现象,但会导致系统性能的下降。
在Java的ReentrantLock中,通过在构造函数中传入参数true来创建公平锁,而不传入或者传入false则表示创建非公平锁。下面我们看一个公平锁的例子:
public class FairLockTest implements Runnable { private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true); @Override public void run() { while (true) { try { lock.lock(); //获取锁 } finally { lock.unlock(); } } } }
可重入锁和非可重入锁
在Java中,锁可以进一步分为可重入锁和非可重入锁。可重入锁是指线程在获取锁之后,还可以继续获取自身的锁,而不需要再次进行锁的获取操作,防止出现死锁的情况。而非可重入锁则是指无法重复获取自身的锁,这样会导致线程被阻塞,从而出现死锁。
StampedLock锁
Java 8中新增了一个StampedLock锁,它是Java锁中的一种读写锁,比其他读写锁更加高效。它支持乐观锁、悲观锁、读锁和写锁,并且在读时不会阻塞写锁,而在写入时会阻塞其他任何锁操作。
public class StampedLockTest { private final StampedLock lock = new StampedLock(); private int count = 0; public int getCount() { long stamp = lock.tryOptimisticRead();//乐观锁 int value = count; if (!lock.validate(stamp)) {//判断是否进入写模式 stamp = lock.readLock();//悲观锁 try { value = count; } finally { lock.unlockRead(stamp); } } return value; } public void write(int num) { long stamp = lock.writeLock();//写锁 try { count += num; } finally { lock.unlockWrite(stamp); } } }
读写锁和锁降级
Java中除了单一的同步锁,还支持一种更复杂的同步机制——读写锁。读写锁的特点是允许多个线程同时读共享变量,但在写共享变量时不允许其他线程进行读或写操作,从而提高程序的并发读性能。
在使用读写锁时,需要注意锁降级问题。锁降级是指将写锁降级为读锁的过程,这样可以提高程序的并发写性能。下面我们看一个例子:
public class ReadWriteLockTest { private final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(); private final Mapmap = new HashMap<>(); public String get(String key) { lock.readLock().lock(); try { return map.get(key); } finally { lock.readLock().unlock(); } } public void put(String key, String value) { lock.writeLock().lock(); try { map.put(key, value); } finally { lock.writeLock().unlock(); } } public void update(String key, String value) { lock.readLock().lock(); if (!map.containsKey(key)) { lock.readLock().unlock(); lock.writeLock().lock(); try { map.put(key, value); } finally { lock.writeLock().unlock(); } lock.readLock().lock(); } lock.readLock().unlock(); } }
在这个例子中,我们使用了读写锁来对Map的读写操作进行加锁。在update()方法中,如果需要进行写操作,则需要先释放读锁,再获取写锁,从而实现锁降级操作。
总结
Java中的锁机制是Java并发编程的核心部分,理解Java锁的类型、锁的获取、释放方式以及锁的高级特性对于Java程序员来说非常重要。本文中介绍了Java中常见的锁的类型、Java内置锁synchronized的使用、ReentrantLock锁的使用、公平锁和非公平锁、可重入锁和非可重入锁、StampedLock锁以及读写锁和锁降级等在Java面试中常见的Java锁面试题。通过了解这些内容,可以帮助读者更好地准备Java面试。