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Java 八股文面試過程系列之synchronized關鍵字

這篇具有很好參考價值的文章主要介紹了Java 八股文面試過程系列之synchronized關鍵字。希望對大家有所幫助。如果存在錯誤或未考慮完全的地方,請大家不吝賜教,您也可以點擊"舉報違法"按鈕提交疑問。

文章最后附帶有電子書下載地址。

我是 javapub,一名 Markdown 程序員從?????,八股文種子選手。

面試官: 你好,我看到你的簡歷上寫著你熟悉 Java 中的 "synchronized" 關鍵字。你能給我講講它的作用嗎?

候選人: 當然,"synchronized" 是 Java 中的一個關鍵字,用于實現(xiàn)同步機制。它可以用來修飾方法或代碼塊,以確保在同一時間只有一個線程可以訪問被修飾的代碼。

面試官: 很好。那么,你能舉個例子來說明 "synchronized" 關鍵字的使用方法嗎?

候選人: 當然。你可以使用 "synchronized" 關鍵字來修飾方法或代碼塊。例如,你可以這樣使用:

public synchronized void doSomething() {
    // ...
}

在上面的代碼中,"synchronized" 關鍵字修飾了 "doSomething()" 方法。這意味著在同一時間只有一個線程可以訪問該方法。

面試官: 很好。那么,如果我想修飾一個代碼塊,應該怎么做呢?

候選人: 你可以這樣使用 "synchronized" 關鍵字來修飾一個代碼塊:

public void doSomething() {
    synchronized (this) {
        // ...
    }
}

在上面的代碼中,"synchronized" 關鍵字修飾了一個代碼塊,該代碼塊使用 "this" 作為鎖對象。這意味著在同一時間只有一個線程可以訪問該代碼塊。

面試官: 很好。那么,你能解釋一下 "synchronized" 關鍵字的實現(xiàn)原理嗎?

候選人: 當一個線程訪問一個被 "synchronized" 關鍵字修飾的方法或代碼塊時,它會嘗試獲取該對象的監(jiān)視器鎖。如果該鎖已經(jīng)被其他線程持有,則該線程將被阻塞,直到該鎖被釋放。下面是一個使用 "synchronized" 關鍵字的示例:

public class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized void decrement() {
        count--;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

在上面的代碼中,"increment()"、"decrement()" 和 "getCount()" 方法都被 "synchronized" 關鍵字修飾。這意味著在同一時間只有一個線程可以訪問這些方法。

面試官: 很好,你對 "synchronized" 關鍵字的理解很清晰。那么,你能告訴我 "synchronized" 關鍵字的缺點嗎?

候選人: 當然。使用 "synchronized" 關鍵字會帶來一些性能上的開銷,因為每個線程都需要獲取鎖才能訪問被修飾的代碼。此外,如果使用不當,還可能會導致死鎖等問題。

面試官: 那么,你能告訴我如何避免 "synchronized" 關鍵字帶來的性能開銷嗎?

候選人: 當然。一種方法是使用 "volatile" 關鍵字來修飾變量,這可以確保變量的可見性,而不需要使用鎖。另一種方法是使用 "java.util.concurrent" 包中的并發(fā)集合類,例如 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList 等,這些類使用了更高效的同步機制,可以避免 "synchronized" 關鍵字帶來的性能開銷。

面試官: 很好,你的回答很不錯。那么,你能告訴我 "synchronized" 關鍵字和 "Lock" 接口之間的區(qū)別嗎?

候選人: 當然。 "synchronized" 關鍵字是 Java 中內置的同步機制,它可以用來修飾方法或代碼塊,使用起來比較簡單,但是它的性能開銷比較大。而 "Lock" 接口是 Java 中提供的一種更加靈活的同步機制,它可以實現(xiàn)更細粒度的鎖控制,例如可重入鎖、讀寫鎖等,使用起來比較復雜,但是它的性能開銷比較小。

面試官: 很好,你的回答很清晰。那么,你有沒有使用過 "Lock" 接口呢?

候選人: 是的,我有使用過 "Lock" 接口。例如,我曾經(jīng)使用過 ReentrantLock 類來實現(xiàn)可重入鎖,這可以避免 "synchronized" 關鍵字的性能開銷,并且可以實現(xiàn)更細粒度的鎖控制。

面試官: 很好,你的經(jīng)驗很豐富。那么,你能告訴我 "Lock" 接口的一些特點嗎?

候選人: 當然。 "Lock" 接口的一些特點包括:

  1. 可以實現(xiàn)更細粒度的鎖控制,例如可重入鎖、讀寫鎖等。

  2. 可以實現(xiàn)公平鎖和非公平鎖。

  3. 可以實現(xiàn)超時鎖和可中斷鎖。

  4. 可以實現(xiàn)多個條件變量,可以更加靈活地控制線程的等待和喚醒。

面試官: 那么,你能告訴我 "synchronized" 關鍵字和 "volatile" 關鍵字之間的區(qū)別嗎?

候選人: 當然。 "synchronized" 關鍵字和 "volatile" 關鍵字都可以用來實現(xiàn)多線程之間的同步,但是它們的作用不同。 "synchronized" 關鍵字可以確保在同一時間只有一個線程可以訪問被修飾的代碼,而 "volatile" 關鍵字可以確保變量的可見性,即當一個線程修改了變量的值后,其他線程可以立即看到這個修改。

面試官: 看來你使用的很好,下面問一點深入的東西?;卮鸩簧蟻硪矝]關系,可以自己想想。

面試官: 好的,那么你能夠從 "synchronized" 的底層 Java 實現(xiàn)角度,解釋一下它的實現(xiàn)原理嗎?

候選人: 當一個線程訪問一個被 "synchronized" 關鍵字修飾的方法或代碼塊時,它會嘗試獲取該對象的監(jiān)視器鎖。如果該鎖已經(jīng)被其他線程持有,則該線程將被阻塞,直到該鎖被釋放。在 Java 中,每個對象都有一個監(jiān)視器鎖,也稱為內部鎖或互斥鎖。當一個線程獲取了一個對象的監(jiān)視器鎖后,其他線程就無法訪問該對象的被 "synchronized" 關鍵字修飾的方法或代碼塊,直到該鎖被釋放。

在 Java 中,"synchronized" 關鍵字的實現(xiàn)是基于對象頭中的標記字。當一個對象被鎖定時,它的標記字會被設置為鎖定狀態(tài),當鎖被釋放時,標記字會被清除。在 Java 6 及之前的版本中,對象頭中的標記字是 32 位的,其中 25 位用于存儲對象的哈希碼,4 位用于存儲對象的分代年齡,2 位用于存儲鎖標志位,1 位用于存儲是否是偏向鎖。在 Java 7 及之后的版本中,對象頭中的標記字被重新設計,其中 32 位用于存儲對象的哈希碼和分代年齡,而鎖標志位則被存儲在一個單獨的數(shù)據(jù)結構中。

面試官: 很好,你的回答很詳細。那么,你能夠給我講講 "synchronized" 關鍵字的優(yōu)化策略嗎?

候選人: 當然。在 Java 中,"synchronized" 關鍵字的性能開銷比較大,因為每個線程都需要獲取鎖才能訪問被修飾的代碼。為了優(yōu)化 "synchronized" 關鍵字的性能,Java 6 及之后的版本中引入了偏向鎖、輕量級鎖和重量級鎖等優(yōu)化策略。

偏向鎖是一種針對單線程訪問同步塊的優(yōu)化策略。當一個線程訪問一個被 "synchronized" 關鍵字修飾的代碼塊時,它會嘗試獲取該對象的偏向鎖。如果該鎖沒有被其他線程持有,則該線程可以直接獲取該鎖,而無需進行同步操作。如果該鎖已經(jīng)被其他線程持有,則該線程會嘗試升級為輕量級鎖或重量級鎖。

輕量級鎖是一種針對多線程訪問同步塊的優(yōu)化策略。當一個線程訪問一個被 "synchronized" 關鍵字修飾的代碼塊時,它會嘗試獲取該對象的輕量級鎖。如果該鎖沒有被其他線程持有,則該線程可以直接獲取該鎖,而無需進行同步操作。如果該鎖已經(jīng)被其他線程持有,則該線程會嘗試自旋等待該鎖的釋放。

重量級鎖是一種針對多線程訪問同步塊的默認策略。當一個線程訪問一個被 "synchronized" 關鍵字修飾的代碼塊時,它會嘗試獲取該對象的重量級鎖。如果該鎖沒有被其他線程持有,則該線程可以直接獲取該鎖,而無需進行同步操作。如果該鎖已經(jīng)被其他線程持有,則該線程會被阻塞,直到該鎖被釋放。

面試官: 很好,你的回答很詳細。那么,你能夠給我講講 "synchronized" 關鍵字的底層 Java 源碼實現(xiàn)嗎?

候選人: 當然。在 Java 中,"synchronized" 關鍵字的底層實現(xiàn)是通過 monitorenter 和 monitorexit 指令來實現(xiàn)的。當一個線程訪問一個被 "synchronized" 關鍵字修飾的方法或代碼塊時,它會嘗試獲取該對象的監(jiān)視器鎖,這可以通過 monitorenter 指令來實現(xiàn)。當該線程執(zhí)行完被 "synchronized" 關鍵字修飾的方法或代碼塊后,它會釋放該對象的監(jiān)視器鎖,這可以通過 monitorexit 指令來實現(xiàn)。


參考底層指令:

以下是 JVM 中與 "synchronized" 相關的源碼:

  1. monitorenter 指令的實現(xiàn):

void Interpreter::monitorenter() {
  oop obj = stack_top().get_obj(); // 獲取棧頂元素,即被鎖定的對象
  if (obj == NULL) { // 如果對象為空,則拋出 NullPointerException 異常
    THROW(vmSymbols::java_lang_NullPointerException());
  }
  BasicLock* lock = obj->mark()->lock(); // 獲取對象的鎖
  if (lock->displaced_header() == NULL) { // 如果鎖沒有被其他線程持有,則嘗試獲取鎖
    // Fast path: lock is unheld, try to acquire it
    if (lock->displaced_header() == NULL &&
        lock->displaced_owner() == NULL &&
        lock->set_displaced_header()) {
      // Lock acquired
      return; // 獲取鎖成功,直接返回
    }
  }
  // Slow path: lock is held or contention detected
  InterpreterRuntime::monitorenter(THREAD, obj); // 獲取鎖失敗,調用 InterpreterRuntime::monitorenter() 方法進行同步操作
}

在上面的代碼中,monitorenter 指令的實現(xiàn)是通過獲取對象的鎖來實現(xiàn)的。如果該鎖沒有被其他線程持有,則該線程可以直接獲取該鎖,而無需進行同步操作。如果該鎖已經(jīng)被其他線程持有,則該線程會嘗試升級為輕量級鎖或重量級鎖。

  1. monitorexit 指令的實現(xiàn):

void Interpreter::monitorexit() {
  oop obj = stack_top().get_obj(); // 獲取棧頂元素,即被鎖定的對象
  if (obj == NULL) { // 如果對象為空,則拋出 NullPointerException 異常
    THROW(vmSymbols::java_lang_NullPointerException());
  }
  BasicLock* lock = obj->mark()->lock(); // 獲取對象的鎖
  if (lock->displaced_header() == THREAD) { // 如果鎖被當前線程持有,則直接釋放鎖
    // Fast path: lock is held by this thread, release it
    lock->clear_displaced_header();
    return; // 釋放鎖成功,直接返回
  }
  // Slow path: lock is held by another thread or unheld
  InterpreterRuntime::monitorexit(THREAD, obj); // 釋放鎖失敗,調用 InterpreterRuntime::monitorexit() 方法進行同步操作
}

在上面的代碼中,monitorexit 指令的實現(xiàn)是通過釋放對象的鎖來實現(xiàn)的。如果該鎖被當前線程持有,則該線程可以直接釋放該鎖,而無需進行同步操作。如果該鎖被其他線程持有,則該線程會被阻塞,直到該鎖被釋放。

  1. ObjectMonitor 類的實現(xiàn):

class ObjectMonitor : public CHeapObj<mtSynchronizer> {
  friend class VMStructs;
 private:
  volatile intptr_t _header; // 對象頭,用于存儲鎖狀態(tài)和其他信息
  volatile intptr_t _count; // 計數(shù)器,用于記錄重入次數(shù)
  volatile intptr_t _waiters; // 等待隊列長度,用于記錄等待鎖的線程數(shù)
  volatile intptr_t _recursions; // 遞歸深度,用于記錄當前線程已經(jīng)獲取鎖的次數(shù)
  volatile intptr_t _object; // 對象指針,指向被鎖定的對象
  volatile intptr_t _owner; // 持有者指針,指向當前持有鎖的線程
  volatile intptr_t _WaitSet; // 等待隊列頭指針,指向等待隊列的頭節(jié)點
  volatile intptr_t _EntryList; // 等待隊列尾指針,指向等待隊列的尾節(jié)點
  volatile intptr_t _cxq; // 等待隊列的條件變量,用于支持條件變量的等待和喚醒操作
  volatile intptr_t _FreeNext; // 空閑鏈表指針,用于回收 ObjectMonitor 對象
  volatile intptr_t _Responsible; // 責任線程指針,用于記錄最后一個釋放鎖的線程
  volatile intptr_t _SpinFreq; // 自旋頻率,用于控制自旋等待的時間
  volatile intptr_t _SpinClock; // 自旋時鐘,用于記錄自旋等待的時間
  volatile intptr_t _SpinDuration; // 自旋持續(xù)時間,用于控制自旋等待的時間
  volatile intptr_t _SpinEarly; // 自旋提前量,用于控制自旋等待的時間
  volatile intptr_t _contentions; // 競爭次數(shù),用于記錄獲取鎖的競爭次數(shù)
  volatile intptr_t _succ; // 成功次數(shù),用于記錄獲取鎖的成功次數(shù)
  volatile intptr_t _cxqWaitTime; // 條件變量等待時間,用于記錄條件變量等待的時間
  volatile intptr_t _reserved; // 保留字段,用于未來擴展
  static int _header_offset; // 對象頭偏移量,用于訪問對象頭中的信息
  static int _count_offset; // 計數(shù)器偏移量,用于訪問計數(shù)器中的信息
  static int _waiters_offset; // 等待隊列長度偏移量,用于訪問等待隊列長度中的信息
  static int _recursions_offset; // 遞歸深度偏移量,用于訪問遞歸深度中的信息
  static int _object_offset; // 對象指針偏移量,用于訪問對象指針中的信息
  static int _owner_offset; // 持有者指針偏移量,用于訪問持有者指針中的信息
  static int _WaitSet_offset; // 等待隊列頭指針偏移量,用于訪問等待隊列頭指針中的信息
  static int _EntryList_offset; // 等待隊列尾指針偏移量,用于訪問等待隊列尾指針中的信息
  static int _cxq_offset; // 條件變量偏移量,用于訪問條件變量中的信息
  static int _FreeNext_offset; // 空閑鏈表指針偏移量,用于訪問空閑鏈表指針中的信息
  static int _Responsible_offset; // 責任線程指針偏移量,用于訪問責任線程指針中的信息
  static int _SpinFreq_offset; // 自旋頻率偏移量,用于訪問自旋頻率中的信息
  static int _SpinClock_offset; // 自旋時鐘偏移量,用于訪問自旋時鐘中的信息
  static int _SpinDuration_offset; // 自旋持續(xù)時間偏移量,用于訪問自旋持續(xù)時間中的信息
  static int _SpinEarly_offset; // 自旋提前量偏移量,用于訪問自旋提前量中的信息
  static int _contentions_offset; // 競爭次數(shù)偏移量,用于訪問競爭次數(shù)中的信息
  static int _succ_offset; // 成功次數(shù)偏移量,用于訪問成功次數(shù)中的信息
  static int _cxqWaitTime_offset; // 條件變量等待時間偏移量,用于訪問條件變量等待時間中的信息
  static int _reserved_offset; // 保留字段偏移量,用于訪問保留字段中的信息
  ...
};

在上面的代碼中,ObjectMonitor 類是 JVM 中與 "synchronized" 相關的核心類之一。它包含了對象的監(jiān)視器鎖的狀態(tài)信息,例如鎖的持有者、等待隊列、遞歸深度等。在 Java 中,每個對象都有一個 ObjectMonitor 對象與之對應,用于實現(xiàn) "synchronized" 關鍵字的同步機制。

面試官: 很好,你的回答很全面,你已進入候補名單。有消息會通知你。

候選人: 源碼都背下來了,你給我看這。

最近我在更新《面試1v1》系列文章,主要以場景化的方式,講解我們在面試中遇到的問題,致力于讓每一位工程師拿到自己心儀的offer,感興趣可以關注JavaPub追更!

??目錄合集:

Gitee:https://gitee.com/rodert/JavaPub

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下面是原創(chuàng)PDF干貨版,持續(xù)更新中。

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...

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  • volatile關鍵字的作用

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《面試1v1》Java面試八股文

《面試1v1》是我在面試中總結和推理出來的,準備在跳槽時溫習回顧使用。

它采用對話的方式、口語化描述技術點,這里沒有花費長篇大論的描述 API 怎么用,主要涉及到的都是高頻面試題、及工作中如何使用,我還穿插了部分源碼解析,因為現(xiàn)在面試中八股文必不可少,讓文章由淺入深的更好理解。模擬了在真實面試場景中,候選人該如何回答。

迫不及待要看 面試1v1 全集怎么辦? 目前在持續(xù)更新中,我一般會先更新到公眾號,提催更

什么是《面試1v1》?

《面試1v1》是一個以對話形式講解知識點的文章合集,是由 JavaPub 編寫的真人1對1面試對話教程,通過真實案例編寫,生動、有趣、干貨滿滿。

為什么要寫《面試1v1》這個專題?

我在后臺收到很多讀者的描述,說自己在面試準備過程中感覺抓不住重點,總是復習的沒考、考的沒復習。面試過后導致自己自信心受挫,不知道???♀?該看點什么來。

這里主要以我的經(jīng)驗給大家一個參照,我們如何在面試中自然的對答,不會因為緊張的忘記。如果用自己的話描述技術難題,避免背課文式的對話。

《面試1v1》有什么用?

文中大多是以實際面試中遇到的情況編寫,幾乎是大白話式的對話。涉及到的源碼我也在對話中做了標注,方便我們查閱遺忘的知識點。

最終的目標是幫助大家更好的掌控面試,拿到心儀offer。

《面試1v1》收費嗎,在哪里可以看到全集?

由 JavaPub 完全免費提供,并且持續(xù)更新中,在 wx 搜索 JavaPub 就可以直接查看全系列文章。

面試1v1 之后會出第二季嗎?

會的,第二季會從大白話源碼的角度出發(fā),八股文的朋友不要錯過。

原創(chuàng)電子書
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到了這里,關于Java 八股文面試過程系列之synchronized關鍵字的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內容,請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章,希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)!

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    2024年02月09日
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  • 【八股文篇】Java 面試題

    【八股文篇】Java 面試題

    ?? 博主介紹 : 博主從事應用安全和大數(shù)據(jù)領域,有8年研發(fā)經(jīng)驗,5年面試官經(jīng)驗,Java技術專家,WEB架構師,阿里云專家博主,華為云云享專家,51CTO TOP紅人 Java知識圖譜點擊鏈接: 體系化學習Java(Java面試專題) ???? 感興趣的同學可以收藏關注下 , 不然下次找不到喲

    2024年02月12日
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  • 一天吃透Java面試八股文

    一天吃透Java面試八股文

    Java是一門面向對象的編程語言 。面向對象和面向過程的區(qū)別參考下一個問題。 Java具有平臺獨立性和移植性 。 Java有一句口號: Write once, run anywhere ,一次編寫、到處運行。這也是Java的魅力所在。而實現(xiàn)這種特性的正是Java虛擬機JVM。已編譯的Java程序可以在任何帶有JVM的平臺

    2024年02月05日
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  • 2023面試八股文 ——Java基礎知識

    2023面試八股文 ——Java基礎知識

    編程就是讓計算機為解決某個問題而使用某種程序設計語言編寫程序代碼,并 終得到結果的過程。 為了使計算機能夠理解人的意圖,人類就必須要將需解決的問題的思路、方法、 和手段通過計算機能夠理解的形式告訴計算機,使得計算機能夠根據(jù)人的指令一 步一步去工作,

    2024年02月12日
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  • java八股文面試[JVM]——垃圾回收

    java八股文面試[JVM]——垃圾回收

    參考:JVM學習筆記(一)_卷心菜不卷Iris的博客-CSDN博客 GC垃圾回收 面試題: JVM內存模型 以及分區(qū),需要詳細到每個區(qū)放什么 堆里面的分區(qū):Eden,survival from to,老年代,各自的特點。 GC的三種收集方法:標記清除、標記整理、復制算法的原理與特點,分別用在什么地方 針

    2024年02月11日
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  • 34 道 Java八股文 精選面試題

    34 道 Java八股文 精選面試題

    java 是一門 開源的跨平臺的面向對象的 計算機語言. ? 跨平臺是因為 java 的 class 文件是運行在虛擬機上的,其實跨平臺的,而 虛擬機是不同平臺有不同版本 ,所以說 java 是跨平臺的. 面向對象有幾個特點: ? 1. 封裝 兩層含義:一層含義是把對象的屬性和行為看成一個密不可分的

    2024年02月10日
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  • java八股文面試[多線程]——自旋鎖

    java八股文面試[多線程]——自旋鎖

    優(yōu)點: 1. ?自旋鎖盡可能的減少線程的阻塞, 這對于鎖的競爭不激烈,且占用鎖時間非常短的代碼塊來說性能能大幅度的提升,因為自旋的消耗會小于線程阻塞掛起再喚醒的操作的消耗 ?,這些操作會導致線程發(fā)生兩次上下文切換! 2. 非自旋鎖在獲取不到鎖的時候會進入阻

    2024年02月10日
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  • java八股文面試[JVM]——元空間

    java八股文面試[JVM]——元空間

    JAVA8為什么要增加元空間 為什么要移除永久代?? ? 知識來源: 【2023年面試】JVM8為什么要增加元空間_嗶哩嗶哩_bilibili

    2024年02月11日
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