锁之Syncronized(java面经)

在Java中，锁机制是用于管理多线程环境下的资源访问，以确保数据的一致性和完整性。Java提供了多种锁的实现方式，包括但不限于：

锁从宏观上分类，分为悲观锁与乐观锁。

乐观锁: 即读多写少 , 并发的可能性小 , 一般只有更新时检测 别人是否有更新过 , Java中基本都是通过CAS操作,CAS是一种更新的原子操作，比较当前值跟传入值是否一样，一样则更新，否则失败。

悲观锁 : 即写多的情况 , 并发的可能性高 , 每次拿数据时,别人都会修改 , java中的悲观锁就是Synchronize、AQS框架下的锁则是先尝试CAS乐观锁去获取锁，获取不到才会转换为悲观锁，如：ReentrantLock。

偏向锁

偏向锁，顾名思义它会偏向于第一个访问锁的线程，如果在运行过程中，同步锁只有一个线程访问，不存在多线程争用的情况，则线程是不需要触发同步的，这种情况下，就会给线程加一个偏向锁。

轻量级锁

轻量级锁是由偏向锁升级来的，偏向锁运行在一个线程进入同步块的情况下，当第二个线程加入锁争用的时候，偏向锁就会升级为轻量级锁；

自旋锁

自旋锁原理非常简单，如果持有锁的线程能在很短时间内释放锁资源，那么那些等待竞争锁的线程就不需要做内核态和用户态之间的切换进入阻塞挂起状态，它们只需要等一等（自旋），等持有锁的线程释放锁后即可立即获取锁，这样就避免用户线程和内核的切换的消耗。

1. synchronized

   • 关键字: synchronized 是Java语言级别的锁，可以用于修饰方法或代码块。
   • 对象锁: 当synchronized应用于对象的方法或代码块时，锁的是该对象的内部监视器（monitor）。
   • 类锁: 当synchronized应用于静态方法或类的静态代码块时，锁的是类的Class对象。

2. Lock接口及其实现

   • ReentrantLock: 是java.util.concurrent.locks.Lock接口的一个可重入的实现，提供了比synchronized更灵活的锁操作。
   • ReadWriteLock: 提供读写锁的机制，允许多个读线程同时访问，但写操作是排他的。
   • StampedLock: 一种更高级的锁，提供了乐观读、悲观读、写等操作，可以替代读写锁。

3. ThreadLocal

   • 不是一种锁，但它可以提供线程隔离的变量副本，从而避免了锁的需求。

4. 原子类

   • 如AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference等，内部使用了Unsafe类的CAS操作来实现线程安全的更新。

5. 并发容器

   • 如ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList等，内部实现了线程安全的并发操作。

讲一下syncronized的底层原理，知道锁升级吗?

synchronized的底层原理

synchronized关键字在JVM层面上是基于监视器锁（monitor）实现的。在HotSpot虚拟机中，监视器锁是由ObjectMonitor对象实现的，每个对象都有一个与之关联的ObjectMonitor对象。当一个线程试图获取锁时，它会尝试获取该对象的ObjectMonitor。如果ObjectMonitor未被其他线程持有，当前线程就会获得锁，并将ObjectMonitor的状态设置为“已锁定”，并将线程的引用存储在ObjectMonitor的owner字段中。其他线程将会被阻塞，直到锁被释放。

synchronized有两种使用方式：

• 作为代码块的一部分，使用显式的锁对象。
• 作为方法的修饰符，隐式地使用当前对象或类对象作为锁。

锁升级

Java的锁升级机制是指synchronized锁在不同的竞争程度下自动变化其锁的级别，以减少锁带来的开销。锁升级主要包括以下几种状态：

1. 偏向锁（Biased Locking）: 如果锁没有任何竞争，那么线程可以直接获得锁而无需任何同步开销。这是锁的最低级别。
2. 轻量级锁（Lightweight Locking）: 当有竞争时，偏向锁会升级为轻量级锁。轻量级锁使用CPU的CAS操作尝试获取锁。
3. 重量级锁（Heavyweight Locking）: 当轻量级锁争用失败时，会升级为重量级锁，此时会使用操作系统提供的互斥锁（mutex），线程可能会被阻塞。

锁升级的目的是在低竞争情况下使用更轻量的锁，而在高竞争情况下使用更重的锁，以达到平衡锁的性能和资源消耗的目的。锁升级是自动的，由JVM根据锁的竞争程度动态决定。

锁升级过程（偏向锁/轻量级锁/重量级锁）_偏向锁升级为轻量级锁过程-优快云博客