前言

最近看到有不少粉絲私信我說(shuō)孙咪，能不能給整理出一份面試的要點(diǎn)出來(lái)，說(shuō)自己復(fù)習(xí)的時(shí)候思緒很亂巡语，老是找不到重點(diǎn)翎蹈。那么今天就先給大家分享一個(gè)面試幾乎必問(wèn)的點(diǎn)，并發(fā)男公！在面試中問(wèn)的頻率很高的一個(gè)是分布式荤堪，一個(gè)就是并發(fā)，具體干貨都在下方了枢赔。

面試環(huán)節(jié)

1. 面試官：你先說(shuō)下你對(duì)synchronized的了解澄阳。

• 我：synchronized可以保證方法或者代碼在運(yùn)行時(shí)，同一時(shí)刻只有一個(gè)方法可以進(jìn)入到臨界區(qū)踏拜，同時(shí)還可以保證共享變量的內(nèi)存可見(jiàn)性碎赢。

• 我：Java中每個(gè)對(duì)象都可以作為鎖，這是synchronized實(shí)現(xiàn)同步的基礎(chǔ)： 1速梗、普通同步方法：鎖是當(dāng)前實(shí)例對(duì)象肮塞。
  2襟齿、靜態(tài)同步方法，鎖是當(dāng)前類的class對(duì)象峦嗤。
  3蕊唐、同步代碼塊：鎖是括號(hào)里的對(duì)象屋摔。

2. 面試官：當(dāng)線程訪問(wèn)同步代碼塊時(shí)烁设，它首先要得到鎖才能執(zhí)行代碼，退出或者拋異常要釋放鎖钓试，這是怎么實(shí)現(xiàn)的呢装黑？

• 我：同步代碼塊是使用monitorenter和monitorexit指令實(shí)現(xiàn)的，同步方法依靠的是方法修飾符上的ACCSYNCHRONIZED實(shí)現(xiàn)的弓熏。
  1恋谭、同步代碼塊：monitorenter指令插入到同步代碼快的開(kāi)始位置，monitorexit指令插入到同步代碼塊的結(jié)束位置挽鞠，jVM保證每一個(gè)monitorexist都有 一個(gè)monitorenter與之相對(duì)應(yīng)疚颊。任何對(duì)應(yīng)都有一個(gè)monitor與之相關(guān)聯(lián)，當(dāng)且一個(gè)monitor被持有之后信认，他將處于鎖定狀態(tài)材义。線程執(zhí)行到monitorenter指令 時(shí)，將會(huì)嘗試獲取對(duì)象對(duì)應(yīng)的monitor所有權(quán)嫁赏，即嘗試獲取對(duì)象的鎖其掂。
  2、同步方法：synchronized方法是在Class文件的方法表中將該方法的accessflags字段中的synchronized標(biāo)志位置為1潦蝇，表示該方法是同步方法 并使用調(diào)用該方法的對(duì)象或該方法所屬的Class在JVM的內(nèi)部對(duì)象表示Klass作為鎖對(duì)象款熬。

3. 面試官：你剛提到了每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)monitor與之對(duì)應(yīng)，那什么是Monitor呢攘乒？

• 我：我們可以把它理解為一個(gè)同步工具贤牛，也可以描述為一種同步機(jī)制，它通常被描述為一個(gè)對(duì)象则酝。與一切皆對(duì)象一樣殉簸，所有的java對(duì)象是天生的Monitor， 每一個(gè)java對(duì)象都有成為Monitor的潛質(zhì)堤魁，因?yàn)樵贘ava的設(shè)計(jì)中喂链，每一個(gè)java對(duì)象自打娘胎出來(lái)就帶了一把看不見(jiàn)的鎖，它被叫做內(nèi)部鎖或者M(jìn)onitor鎖妥泉。

• 我：（接著說(shuō)）Monitor是線程私有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)椭微，每一個(gè)線程都有一個(gè)可用monitor record列表，同時(shí)還有一個(gè)全局的可用列表盲链。每一個(gè)被鎖住的對(duì)象 都會(huì)和一個(gè)monitor關(guān)聯(lián)（對(duì)象頭的MarkWord中的LockWord指向monitor的起始地址）蝇率，同時(shí)monitor中由一個(gè)Owner字段存放擁有該鎖的線程的唯一標(biāo)識(shí)迟杂， 表示該鎖被這個(gè)線程占用。

4. 面試官：很好本慕。我們知道synchronized是悲觀鎖排拷，一直以來(lái)被當(dāng)做重量級(jí)鎖。但是jdk1.6對(duì)鎖進(jìn)行了優(yōu)化锅尘，比如自旋鎖监氢、適應(yīng)性自旋鎖、鎖消除藤违、偏向鎖以及 輕量級(jí)鎖等技術(shù)來(lái)減少鎖操作的開(kāi)銷浪腐，這些你都了解嗎？

• 我：知道一些顿乒。鎖主要存在四種狀態(tài)：無(wú)鎖狀態(tài)议街、偏向鎖狀態(tài)、輕量級(jí)鎖狀態(tài)璧榄、重量級(jí)鎖狀態(tài)特漩。他們會(huì)隨著競(jìng)爭(zhēng)的激烈而逐漸升級(jí)。注意鎖可以升級(jí)不可降級(jí)骨杂， 這種策略是為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率涂身。

5. 面試官：那你先來(lái)說(shuō)下自旋鎖

• 我：線程的阻塞和喚醒需要CPU從用戶態(tài)轉(zhuǎn)為核心態(tài)，頻繁的阻塞和喚醒對(duì)CPU來(lái)說(shuō)是一個(gè)負(fù)擔(dān)很重的工作腊脱，同時(shí)影響系統(tǒng)的并發(fā)能力访得，同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)很多應(yīng)用上 對(duì)象鎖的鎖狀態(tài)只會(huì)持續(xù)很短的一段時(shí)間，為了這一段很短的時(shí)間頻繁的阻塞和喚醒線程是不值得的陕凹，所以引入自旋鎖悍抑。何謂自旋鎖呢-就是讓線程等待一段時(shí)間，不會(huì)被 立即掛起杜耙，看持有鎖的線程是否會(huì)很快釋放鎖搜骡。那么問(wèn)題來(lái)了，等多長(zhǎng)時(shí)間呢佑女？時(shí)間短了等不到持有鎖的線程釋放鎖记靡，時(shí)間長(zhǎng)了占用了處理器的時(shí)間，典型的“占著茅坑不拉屎”团驱， 反而帶來(lái)性能上的浪費(fèi)摸吠。所以，自旋等待的時(shí)間（自旋）的次數(shù)必須有一個(gè)限度嚎花，如果自旋超過(guò)了定義的時(shí)間仍沒(méi)有獲得鎖則要被掛起寸痢。

6. 面試官：我記得有個(gè)適應(yīng)性自旋鎖，更加智能紊选。你能說(shuō)下么啼止？

• 我：所謂自適應(yīng)就意味著自旋的次數(shù)不再是固定的道逗，它是由上一次在同一個(gè)鎖上的自旋時(shí)間以及鎖的擁有者的狀態(tài)來(lái)決定。線程如果自旋成功了献烦，那么下次自旋的次數(shù) 會(huì)更加多滓窍，因?yàn)樘摂M機(jī)認(rèn)為既然上次成功了，那么此次自旋也可能成功巩那。反之吏夯，如果對(duì)于某個(gè)鎖，很少有自旋能成功的拢操，那么以后等待這個(gè)鎖的時(shí)候自選的次數(shù)會(huì)減少甚至不自旋锦亦。 有了自適應(yīng)自旋鎖，虛擬機(jī)對(duì)程序鎖的狀況預(yù)測(cè)越來(lái)越準(zhǔn)確令境，虛擬機(jī)會(huì)越來(lái)越聰明。

7. 面試官：給你看下面一段代碼顾瞪，你說(shuō)下會(huì)存在加鎖的操作嗎舔庶？

public static void main(String [] args) {
        Vector<String> vector = new Vector<>();
        for (int i=0; i<10; i++) {
            vector.add(i+"");
        }
        System.out.println(vector);
    }

• 我：不會(huì)。這種情況下陈醒，JVM檢測(cè)到不可能存在共享數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)惕橙，這時(shí)JVM會(huì)對(duì)這些同步鎖進(jìn)行鎖消除。鎖消除的基礎(chǔ)是逃逸分析的數(shù)據(jù)支持钉跷。

8. 面試官：再看一段代碼弥鹦，分析一下是在什么地方加鎖的？

public static void test() {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i=0; i<10; i++) {
            synchronized (Demo.class) {
                list.add(i + "");
            }
        }
        System.out.println(list);
    }

• 我：雖然synchronized是在循環(huán)里面爷辙，但實(shí)際上加鎖的范圍會(huì)擴(kuò)大到循環(huán)外彬坏，這是鎖粗化。鎖粗化就是將多個(gè)連續(xù)的加鎖膝晾、解鎖操作連接在一起栓始，擴(kuò)展 成一個(gè)范圍更大的鎖。

8. 面試官：你能說(shuō)下輕量級(jí)鎖嗎血当？

• 我：輕量級(jí)鎖提升程序同步性能的依據(jù)是：對(duì)于絕大部分的鎖缚柏，在整個(gè)同步周期內(nèi)是不存在競(jìng)爭(zhēng)的（區(qū)別于偏向鎖）症汹，這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)，輕量級(jí)鎖使用CAS操作避免了使用互斥 量的開(kāi)銷枉长，但如果存在競(jìng)爭(zhēng)，除了互斥量的開(kāi)銷荚板，還額外發(fā)生了CAS操作址遇，因此在有競(jìng)爭(zhēng)的情況下，輕量級(jí)鎖比傳統(tǒng)的重量級(jí)鎖更慢撤奸。

• 我接著說(shuō)：輕量級(jí)鎖的加鎖過(guò)程是： 1吠昭、在代碼進(jìn)入同步塊的時(shí)候喊括，如果同步對(duì)象鎖狀態(tài)為無(wú)鎖狀態(tài)（鎖標(biāo)志位為“01”，是否為偏向鎖為“0”）矢棚，虛擬機(jī)首先將在當(dāng)前線程的棧幀中建立一個(gè)名為鎖記錄（Lock Record）的空間郑什，用于存儲(chǔ)對(duì)象目前的Mark Word的拷貝，官方稱之為Displaced Mark Word蒲肋，這時(shí)候線程堆棧與對(duì)象頭的狀態(tài)如圖：
  輕量級(jí)鎖的加鎖過(guò)程

2蘑拯、拷貝對(duì)象頭中的Mark Word復(fù)制到鎖記錄（Lock Record）中。
3兜粘、拷貝成功后申窘，虛擬機(jī)將使用CAS操作嘗試將鎖對(duì)象的Mark Word更新為指向Lock Record的指針，并將線程棧幀中的Lock Record里的owner指針指向Object的Mark Word孔轴。如果這個(gè)更新 動(dòng)作成功了剃法，那么這個(gè)線程就擁有了該對(duì)象的鎖，并且對(duì)象Mark Word的鎖標(biāo)志位設(shè)置為“00”路鹰，表示此對(duì)象處于輕量級(jí)鎖定狀態(tài)贷洲。

4、如果這個(gè)更新操作失敗了晋柱，虛擬機(jī)首先會(huì)檢查對(duì)象的Mark Word是否指向當(dāng)前線程的棧幀优构，如果是就說(shuō)明當(dāng)前線程已經(jīng)擁有了這個(gè)對(duì)象的鎖，那就可以直接進(jìn)入同步塊繼續(xù)執(zhí)行雁竞。否則說(shuō)明 多個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)鎖钦椭，輕量級(jí)鎖就要膨脹為重量級(jí)鎖，鎖標(biāo)志位的狀態(tài)值變?yōu)椤?0”碑诉，Mark Word中存儲(chǔ)的就是指向重量級(jí)鎖（互斥量）的指針彪腔，后面等待鎖的線程也要進(jìn)入阻塞狀態(tài)。

9. 面試官：很詳細(xì)联贩。那你能再解釋下偏向鎖嗎漫仆？

• 我：偏向鎖的目的是消除數(shù)據(jù)在無(wú)競(jìng)爭(zhēng)情況下的同步原語(yǔ)，進(jìn)一步提高程序的運(yùn)行性能泪幌。偏向鎖會(huì)偏向于第一個(gè)獲得它的線程盲厌，如果在接下來(lái)的執(zhí)行過(guò)程中，該鎖沒(méi)有被其他線程獲取祸泪，那持有 偏向鎖的線程將永遠(yuǎn)不需要同步吗浩。

• 我頓了下，接著說(shuō)：當(dāng)鎖第一次被線程獲取的時(shí)候没隘，線程使用CAS操作把這個(gè)線程的ID記錄在對(duì)象Mark Word中懂扼，同時(shí)置偏向標(biāo)志位1.以后該線程在進(jìn)入和退出代碼塊時(shí)不需要進(jìn)行CAS操作 來(lái)加鎖和解鎖，只需要簡(jiǎn)單測(cè)試一下對(duì)象頭的Mark Word里是否存儲(chǔ)著指向當(dāng)前線程的ID。如果測(cè)試成功阀湿，表示線程已經(jīng)獲得了鎖赶熟。當(dāng)有另外一個(gè)線程去嘗試獲取這個(gè)鎖時(shí)，偏向模式就宣告結(jié)束陷嘴。 根據(jù)鎖對(duì)象目前是否處于被鎖定的狀態(tài)映砖，撤銷偏向后恢復(fù)到未鎖定或輕量級(jí)鎖定狀態(tài)。

10. 面試官：那偏向鎖灾挨、輕量級(jí)鎖和重量級(jí)鎖有什么區(qū)別呢邑退？

• 我：偏向鎖、輕量級(jí)鎖都是樂(lè)觀鎖劳澄，重量級(jí)鎖是悲觀鎖地技。一個(gè)對(duì)象剛開(kāi)始實(shí)例化的時(shí)候，沒(méi)有任何線程來(lái)訪問(wèn)它時(shí)秒拔，它是可偏向的莫矗，意味著它認(rèn)為只可能有一個(gè)線程來(lái)訪問(wèn)它，所以當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程 訪問(wèn)它的時(shí)候溯警，它會(huì)偏向這個(gè)線程趣苏，此時(shí)，對(duì)象持有偏向鎖梯轻。偏向第一個(gè)線程，這個(gè)線程在修改對(duì)象頭成為偏向鎖的時(shí)候使用CAS操作尽棕，并將對(duì)象頭中的ThreadID改成自己的Id喳挑，之后再訪問(wèn)這個(gè)對(duì)象只需要對(duì)比ID。一旦有第二個(gè)線程訪問(wèn)這個(gè)對(duì)象滔悉，因?yàn)槠蜴i不會(huì)釋放伊诵，所以第二個(gè)線程看到對(duì)象是偏向狀態(tài)，表明在這個(gè)對(duì)象上存在競(jìng)爭(zhēng)了回官，檢查原來(lái)持有該對(duì)象的線程是否依然存活曹宴，如果掛了，則可以將對(duì)象變?yōu)闊o(wú)鎖狀態(tài)歉提，然后重新偏向新的線程笛坦。如果原來(lái)的線程依然存活，則馬上執(zhí)行那個(gè)線程的操作棧苔巨，檢查該對(duì)象的使用情況版扩，如果仍然需要持有偏向鎖，則偏向鎖升級(jí)為輕量級(jí)鎖（偏向鎖就是此時(shí)升級(jí)為輕量級(jí)鎖）侄泽。如果不存在使用了礁芦，則可以將對(duì)象恢復(fù)成無(wú)鎖狀態(tài)，然后重新偏向。

• 我：（接著說(shuō)）輕量級(jí)鎖認(rèn)為競(jìng)爭(zhēng)存在柿扣，但是競(jìng)爭(zhēng)的程度很輕肖方，一般兩個(gè)線程對(duì)于同一個(gè)鎖的操作都會(huì)錯(cuò)開(kāi)，或者說(shuō)自旋一下未状，另一個(gè)線程就會(huì)釋放鎖俯画。但是當(dāng)自旋超過(guò)一定次數(shù)，或者一個(gè)線程持有鎖娩践， 一個(gè)線程在自旋活翩，又有第三個(gè)來(lái)訪，輕量級(jí)鎖膨脹為重量級(jí)鎖翻伺，重量級(jí)鎖使除了擁有鎖的線程以外的線程都阻塞材泄，防止CPU空轉(zhuǎn)。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是：有競(jìng)爭(zhēng)吨岭，偏向鎖升級(jí)為輕量級(jí)鎖拉宗，競(jìng)爭(zhēng)逐漸激烈， 輕量級(jí)鎖升級(jí)為重量級(jí)鎖辣辫。

11.面試官：你了解java的內(nèi)存模型嗎旦事？能說(shuō)下對(duì)JMM的理解嗎？

• 我：在JSR113標(biāo)準(zhǔn)中有有一段對(duì)JMM的簡(jiǎn)單介紹：Java虛擬機(jī)支持多線程執(zhí)行急灭。在Java中Thread類代表線程姐浮，創(chuàng)建一個(gè)線程的唯一方法就是創(chuàng)建一個(gè)Thread類的實(shí)例對(duì)象，當(dāng)調(diào)用了對(duì)象的start方法后葬馋，相應(yīng)的線程將會(huì)執(zhí)行卖鲤。線程的行為有時(shí)會(huì)與我們的直覺(jué)相左，特別是在線程沒(méi)有正確同步的情況下畴嘶。本規(guī)范描述了JMM平臺(tái)上多線程程序的語(yǔ)義蛋逾，具體包含一個(gè)線程對(duì)共享變量的寫(xiě)入何時(shí)能被其他線程看到。這是官方的接單介紹窗悯。

• 我：Java內(nèi)存模型是內(nèi)存模型在JVM中的體現(xiàn)区匣。這個(gè)模型的主要目標(biāo)是定義程序中各個(gè)共享變量的訪問(wèn)規(guī)則，也就是在虛擬機(jī)中將變量存儲(chǔ)到內(nèi)存以及從內(nèi)存中取出變量這類的底層細(xì)節(jié)蒋院。通過(guò)這些規(guī)則來(lái)規(guī)范對(duì)內(nèi)存的讀寫(xiě)操作亏钩，保證了并發(fā)場(chǎng)景下的可見(jiàn)性、原子性和有序性悦污。 JMM規(guī)定了多有的變量都存儲(chǔ)在主內(nèi)存中铸屉，每條線程都有自己的工作內(nèi)存，線程的工作內(nèi)存保存了該線程中用到的主內(nèi)存副本拷貝切端，線程對(duì)變量的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行彻坛，而不是直接讀寫(xiě)主內(nèi)存。不同線程之間也無(wú)法直接訪問(wèn)對(duì)方工作內(nèi)存中的變量，線程間變量的傳遞均需要自己的工作內(nèi)存和主存之間 進(jìn)行數(shù)據(jù)同步昌屉。而JMM就作用于工作內(nèi)存和主存之間數(shù)據(jù)同步過(guò)程钙蒙。他規(guī)定了如何做數(shù)據(jù)同步以及什么時(shí)候做數(shù)據(jù)同步。也就是說(shuō)Java線程之間的通信由Java內(nèi)存模型控制,JMM決定一個(gè)線程對(duì)共享變量的寫(xiě)入何時(shí)對(duì)另一個(gè)線程可見(jiàn)间驮。

• 我：簡(jiǎn)單的說(shuō)：Java的多線程之間是通過(guò)共享內(nèi)存進(jìn)行通信的躬厌，而由于采用共享內(nèi)存進(jìn)行通信，在通信過(guò)程中會(huì)存在一系列如原子性竞帽、可見(jiàn)性和有序性的問(wèn)題扛施。JMM就是為了解決這些問(wèn)題出現(xiàn)的， 這個(gè)模型建立了一些規(guī)范屹篓，可以保證在多核CPU多線程編程的環(huán)境下疙渣，對(duì)共享變量的讀寫(xiě)的原子性、可見(jiàn)性和有序性堆巧。

12. 面試官：那你說(shuō)下Java內(nèi)存模型的happens-before規(guī)則妄荔？

• 我：在JMM中，如果一個(gè)操作執(zhí)行的結(jié)果需要對(duì)另一個(gè)操作可見(jiàn)谍肤，那么這兩個(gè)操作之間必須存在happens-before關(guān)系啦租。happens-before原則是JMM中非常重要的原則，它是判斷數(shù)據(jù)是否存在競(jìng)爭(zhēng)荒揣、線程是否安全的主要依據(jù)篷角，保證了多線程環(huán)境下的可見(jiàn)性。下面我說(shuō)下happens-before的內(nèi)容： happens-before的原則定義如下：
  1系任、如果一個(gè)操作happens-before另一個(gè)操作内地，那么第一個(gè)操作的執(zhí)行結(jié)果將對(duì)第二個(gè)操作可見(jiàn)，而且第一個(gè)操作的執(zhí)行順序排在第二個(gè)操作之前赋除。
  2、兩個(gè)操作之間存在happens-before關(guān)系非凌，并不一定意味著一定要按照happens-before原則制定的順序來(lái)執(zhí)行举农。如果重排序之后的執(zhí)行結(jié)果與按照happens-before關(guān)系來(lái)執(zhí)行的結(jié)果一致，那么這種重排序并不非法敞嗡。
  下面是happens-before的原則規(guī)則：
  1颁糟、程序次序規(guī)則：一個(gè)線程內(nèi)，按照代碼書(shū)寫(xiě)順序喉悴，書(shū)寫(xiě)在前面的操作先行發(fā)生于書(shū)寫(xiě)在后面的操作棱貌。
  2、鎖定規(guī)則：一個(gè)unLock操作先行發(fā)生于后面對(duì)同一個(gè)鎖的lock操作箕肃。
  3婚脱、volatile變量規(guī)則：對(duì)一個(gè)變量的寫(xiě)操作先行發(fā)生于后面對(duì)這個(gè)變量的讀操作。
  4、傳遞規(guī)則：如果操作A先行發(fā)生于操作B障贸，而操作B又先行發(fā)生于操作C错森，則可以得出操作A先行發(fā)生于操作C。
  5篮洁、線程啟動(dòng)規(guī)則：Thread對(duì)象的start()方法先行發(fā)生于此線程的每個(gè)動(dòng)作涩维。
  6、線程中斷規(guī)則：對(duì)線程interrupt()方法的調(diào)用先行發(fā)生于被中斷線程的代碼檢測(cè)到中斷事件的發(fā)生袁波。
  7瓦阐、線程終結(jié)規(guī)則：線程中所有的操作都先行發(fā)生于線程的終止檢測(cè)。
  8篷牌、對(duì)象終結(jié)規(guī)則：一個(gè)對(duì)象的初始化完成先行發(fā)生于它的finalize()方法的開(kāi)始睡蟋。

13 面試官：你剛才提到了JVM會(huì)對(duì)我們的程序進(jìn)行重排序，那是隨便重排序嗎娃磺？

• 我：不是的薄湿，它需要滿足以下兩個(gè)條件：
  1、在單線程環(huán)境下不能改變程序運(yùn)行的結(jié)果偷卧。
  2豺瘤、存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的不允許重排序。
  其實(shí)這兩點(diǎn)可以歸結(jié)為一點(diǎn)：無(wú)法通過(guò)happens-before原則推導(dǎo)出來(lái)的听诸，JMM允許任意的排序坐求。

• 我：這里有必要提到as-if-serial語(yǔ)義：所有的操作都可以為了優(yōu)化而被重排序，但是你必須保證重排序后執(zhí)行的結(jié)果不能被改變晌梨，編譯器桥嗤、runtime和處理器都必須遵守 as-if-serial語(yǔ)義。注意as-if-serial只保證單線程環(huán)境仔蝌，多線程環(huán)境下無(wú)效泛领。舉個(gè)栗子：

int a=1; //A
int b=2; //B
int c=a+b; //C

A,B,C三個(gè)操作存在如下關(guān)系：A和B不存在數(shù)據(jù)依賴，A和C敛惊，B和C存在數(shù)據(jù)依賴渊鞋，因此在重排序的時(shí)候：A和B可以隨意排序，但是必須位于C的前面瞧挤，但無(wú)論何種順序锡宋，最終結(jié)果C都是3.

• 我接著說(shuō)：下面舉個(gè)重排序?qū)Χ嗑€程影響的栗子：

public class RecordExample2 {
    int a = 0;
    boolean flag = false;

    /**
     * A線程執(zhí)行
     */
    public void writer(){
        a = 1;                  // 1
        flag = true;            // 2
    }

    /**
     * B線程執(zhí)行
     */
    public void read(){
        if(flag){                  // 3
           int i = a + a;          // 4
        }
    }}

假如操作1和操作2之間重排序，可能會(huì)變成下面這種執(zhí)行順序：
1特恬、線程A執(zhí)行flag=true执俩；
2、線程B執(zhí)行if(flag)癌刽；
3役首、線程B執(zhí)行int i = a+a尝丐；
4、線程A執(zhí)行a=1宋税。
按照這種執(zhí)行順序線程B肯定讀不到線程A設(shè)置的a值摊崭，在這里多線程的語(yǔ)義就已經(jīng)被重排序破壞了。操作3和操作4之間也可以重排序杰赛，這里就不闡述了呢簸。但是他們之間存在一個(gè)控制依賴的關(guān)系，因?yàn)橹挥胁僮?成立操作4才會(huì)執(zhí)行乏屯。當(dāng)代碼中存在控制依賴性時(shí)根时，會(huì)影響指令序列的執(zhí)行的并行度，所以編譯器和處理器會(huì)采用猜測(cè)執(zhí)行來(lái)克服控制依賴對(duì)并行度的影響辰晕。假如操作3和操作4重排序了蛤迎，操作4先執(zhí)行，則先會(huì)把計(jì)算結(jié)果臨時(shí)保存到重排序緩沖中含友，當(dāng)操作3為真時(shí)才會(huì)將計(jì)算結(jié)果寫(xiě)入變量i中替裆。

14. 面試官：你能給我講下對(duì)volatile的理解嗎？

• 我：講volatile之前窘问，先補(bǔ)充說(shuō)明下Java內(nèi)存模型中的三個(gè)概念：原子性辆童、可見(jiàn)性和有序性

1、可見(jiàn)性：可見(jiàn)性是指線程之間的可見(jiàn)性惠赫，一個(gè)線程修改的狀態(tài)對(duì)另一個(gè)線程是可見(jiàn)的把鉴。也就是一個(gè)線程的修改的結(jié)果，另一個(gè)線程能夠馬上看到儿咱。比如：用volatile修飾的變量庭砍，就會(huì)具有可見(jiàn)性，volatile修飾的變量不允許線程內(nèi)部緩存和重排序混埠，即直接修改內(nèi)存怠缸，所以對(duì)其他線程是可見(jiàn)的。但這里要注意一個(gè)問(wèn)題钳宪，volatile只能讓被他修飾的內(nèi)容具有可見(jiàn)性凯旭，不能保證它具有原子性。比如 volatile int a=0; ++a使套；這個(gè)變量a具有可見(jiàn)性，但是a++是一個(gè)非原子操作鞠柄，也就是這個(gè)操作同樣存在線程安全問(wèn)題侦高。在Java中，volatile/synchronized/final實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)性厌杜。

2奉呛、原子性：即一個(gè)操作或者多個(gè)操作要么全部執(zhí)行并且執(zhí)行的過(guò)程不會(huì)被任何因素打斷计螺，要么都不執(zhí)行。原子就像數(shù)據(jù)庫(kù)里的事務(wù)一樣瞧壮，他們是一個(gè)團(tuán)隊(duì)登馒，同生共死∨夭郏看下面一個(gè)簡(jiǎn)單的栗子：

i=0;  //1
j=i;  //2
i++; //3
i=j+1; //4

上面的四個(gè)操作陈轿，只有1是原子操作，其他都不是原子操作秦忿。比如2包含了兩個(gè)操作：讀取i,將i值賦給j麦射。在Java中synchronized/lock操作中保證原子性。

3灯谣、有序性：程序執(zhí)行的順序按照代碼的先后順序執(zhí)行潜秋。 前面JMM中提到了重排序，在java內(nèi)存模型中胎许，為了效率是允許編譯器和處理器對(duì)指令進(jìn)行重排序峻呛，而且重排序不會(huì)影響單線程的運(yùn)行結(jié)果，但是對(duì)多線程有影響辜窑。Java中提供了volatile和synchronized保證有序性钩述。

• 我：volatile的原理是volatile可以保證線程可見(jiàn)性且提供了一定的有序性，但是無(wú)法保證原子性谬擦，在JVM底層volatile是采用“內(nèi)存屏障”來(lái)實(shí)現(xiàn)的切距。總結(jié)起來(lái)就是： 1惨远、保證可見(jiàn)性谜悟，不保證原子性。 2北秽、禁止指令重排序葡幸。
• 我：下面我來(lái)分析下volatile的這兩條性質(zhì)。 volatile的內(nèi)存語(yǔ)義是： 1贺氓、當(dāng)寫(xiě)一個(gè)volatile變量時(shí)蔚叨，JMM會(huì)把該線程對(duì)應(yīng)的本地內(nèi)存中的共享變量值立即刷新到主內(nèi)存中。
  2辙培、當(dāng)讀一個(gè)volatile變量時(shí)蔑水，JMM會(huì)把線程的本地內(nèi)存置為無(wú)效，直接從主內(nèi)存中讀取共享變量扬蕊。 所以volatile的寫(xiě)內(nèi)存語(yǔ)義是直接刷新到主內(nèi)存中搀别，讀內(nèi)存語(yǔ)義是直接從主內(nèi)存中讀取---所以才能實(shí)現(xiàn)線程可見(jiàn)性。

那么volatile的內(nèi)存語(yǔ)義是如何實(shí)現(xiàn)的呢尾抑？對(duì)于一般的變量會(huì)被重排序歇父，而對(duì)于volatile則不能蒂培，這樣會(huì)影響其內(nèi)存語(yǔ)義，所以為了實(shí)現(xiàn)volatile的內(nèi)存語(yǔ)義JMM會(huì)限制重排序榜苫。
volatile的重排序規(guī)則：
1护戳、如果第一個(gè)操作為volatile讀，則不管第二個(gè)操作是啥垂睬，都不能重排序媳荒。這個(gè)操作確保volatile讀之后的操作不會(huì)被編譯器重排序到volatile讀之前。
2羔飞、當(dāng)?shù)诙€(gè)操作為volatile寫(xiě)肺樟，則不管第一個(gè)操作是啥，都不能重排序逻淌。這個(gè)操作確保了volatile寫(xiě)之前的操作不會(huì)被編譯器重排序到volatile寫(xiě)之后么伯。
3、當(dāng)?shù)谝粋€(gè)操作為volatile寫(xiě)卡儒，第二個(gè)操作為volatile讀田柔，不能重排序。

volatile的底層實(shí)現(xiàn)是通過(guò)插入內(nèi)存屏障骨望，但是對(duì)于編譯器來(lái)說(shuō)硬爆，發(fā)現(xiàn)一個(gè)最優(yōu)布置來(lái)最小化插入內(nèi)存屏障的總數(shù)幾乎是不可能的，所以JMM采用了保守策略擎鸠。 如下：
1缀磕、在每一個(gè)volatile寫(xiě)操作前插入一個(gè)StoreStore屏障。
2劣光、在每一個(gè)volatile寫(xiě)操作后插入一個(gè)StoreLoad屏障袜蚕。
3、在每一個(gè)volatile讀操作后插入一個(gè)LoadLoad屏障绢涡。
4牲剃、在每一個(gè)volatile讀操作后插入一個(gè)LoadStore屏障。
總結(jié)：StoreStore屏障->寫(xiě)操作->StoreLoad屏障->讀操作->LoadLoad屏障->LoadStore屏障雄可。 下面通過(guò)一個(gè)例子簡(jiǎn)單分析下： volatile原理分析

15. 面試官：很好凿傅，看來(lái)你對(duì)volatile理解的挺深入的了。我們換個(gè)話題数苫，你知道CAS嗎聪舒，能跟我講講嗎？

• 我：CAS(Compare And Swap)虐急，比較并交換过椎。整個(gè)AQS同步組件，Atomic原子類操作等等都是基于CAS實(shí)現(xiàn)的戏仓，甚至ConcurrentHashMap在JDK1.8版本中疚宇，也調(diào)整為CAS+synchronized。 可以說(shuō)赏殃，CAS是整個(gè)JUC的基石敷待。如下圖：

• 我：CAS的實(shí)現(xiàn)方式其實(shí)不難。在CAS中有三個(gè)參數(shù)：內(nèi)存值V仁热、舊的預(yù)期值A(chǔ)榜揖、要更新的值B，當(dāng)且僅當(dāng)內(nèi)存值V的值等于舊的預(yù)期值A(chǔ)時(shí)抗蠢，才會(huì)將內(nèi)存值V的值修改為B举哟，否則什么也不干，是一種樂(lè)觀鎖迅矛。 其偽代碼如下：

if (this.value == A) {
    this.value = B
    return true;
} else {
    return false;
}

• 我：接著我舉了個(gè)AtomicInteger的例子妨猩，來(lái)給面試官闡述CAS的實(shí)現(xiàn)。

private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset;

static {
    try {
        valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
            (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
    } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}

private volatile int value;

如上是AtomicInteger的源碼： 1秽褒、Unsafe是CAS的核心類壶硅，Java無(wú)法直接訪問(wèn)底層操作系統(tǒng)，而是通過(guò)本地native方法訪問(wèn)销斟。不過(guò)盡管如此庐椒，JVM還是開(kāi)了個(gè)后門(mén)：Unsafe，它提供了 硬件級(jí)別的原子操作蚂踊。
2约谈、valueOffset：為變量值在內(nèi)存中的偏移地址，Unsafe就是通過(guò)偏移地址來(lái)得到數(shù)據(jù)的原值的犁钟。
3棱诱、value：當(dāng)前值，使用volatile修飾特纤，保證多線程環(huán)境下看見(jiàn)的是同一個(gè)军俊。

// AtomicInteger.java
public final int addAndGet(int delta) {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta) + delta;
}

// Unsafe.java
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    do {
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

    return var5;
}

在方法compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4)中，有四個(gè)參數(shù)捧存，分別代表：對(duì)象粪躬，對(duì)象的地址，預(yù)期值昔穴，修改值镰官。

• 我：CAS可以保證一次的讀-改-寫(xiě)操作是原子操作，在單處理器上該操作容易實(shí)現(xiàn)吗货，但是在多處理器上實(shí)現(xiàn)就有點(diǎn)復(fù)雜泳唠。CPU提供了兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多處理器的原子操作：總線加鎖或者緩存加鎖。
  1宙搬、總線加鎖：總線加鎖就是使用處理器提供的一個(gè)LOCK#信號(hào)笨腥，當(dāng)一個(gè)處理器在總線上輸出此信號(hào)時(shí)拓哺，其他處理器的請(qǐng)求將被阻塞住，那么該處理器可以獨(dú)占使用共享內(nèi)存脖母。但是這種處理方式顯然 有點(diǎn)霸道士鸥。
  2、緩存加鎖：其實(shí)針對(duì)上面的情況谆级，我們只需要保證在同一時(shí)刻烤礁，對(duì)某個(gè)內(nèi)存地址的操作是原子性的即可。緩存加鎖肥照，就是緩存在內(nèi)存區(qū)域的數(shù)據(jù)如果在加鎖期間脚仔，當(dāng)它執(zhí)行鎖操作寫(xiě)回內(nèi)存時(shí)， 處理器不再輸出#LOCK信號(hào)舆绎，而是修改內(nèi)部的內(nèi)存地址鲤脏，利用緩存一致性協(xié)議來(lái)保證原子性。緩存一致性機(jī)制可以保證同一個(gè)內(nèi)存區(qū)域的數(shù)據(jù)僅能被一個(gè)處理器修改亿蒸，也就是說(shuō)當(dāng)CPU1修改緩存行 中的i時(shí)使用緩存鎖定凑兰，那么CPU2就不能同時(shí)緩存了i的緩存行。

16. 面試官：那CAS有什么缺陷嗎边锁？

• 我：CAS雖然高效的解決了原子問(wèn)題姑食，但是還是存在一些缺陷的，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：
  1茅坛、循環(huán)時(shí)間太長(zhǎng)：如果自旋CAS長(zhǎng)時(shí)間不成功音半，則會(huì)給CPU帶來(lái)非常大的開(kāi)銷，在JUC中贡蓖，有些地方就會(huì)限制CAS自旋的次數(shù)曹鸠。
  2、只能保證一個(gè)共享變量原子操作：看了CAS的實(shí)現(xiàn)就知道這只能針對(duì)一個(gè)共享變量斥铺，如果是多個(gè)共享變量就只能使用鎖了彻桃。或者把多個(gè)變量整成一個(gè)變量也可以用CAS晾蜘。
  3邻眷、ABA問(wèn)題：CAS需要檢查操作值有沒(méi)有發(fā)生改變，如果沒(méi)有發(fā)生改變則更新剔交，但是存在這樣一種情況：如果一個(gè)值原來(lái)是A肆饶，變成了B，然后又變成了A岖常，那么在CAS檢查的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有改變驯镊，但是實(shí)質(zhì)上它已經(jīng)發(fā)生了改變，這就是所謂的ABA問(wèn)題。對(duì)于ABA問(wèn)題的解決方案是加上版本號(hào)板惑，即在每個(gè)變量都加上一個(gè)版本號(hào)橄镜，每次改變時(shí)加1，即A->B->A冯乘，變成1A->2B->3A蛉鹿。例如原子類中AtomicInteger會(huì)發(fā)生ABA問(wèn)題，使用AtomicStampedReference可以解決ABA問(wèn)題往湿。

結(jié)語(yǔ)

其實(shí)在面試?yán)铮嗑€程惋戏，并發(fā)這塊問(wèn)的還是非常頻繁的领追，大家看完之后有什么不懂的歡迎在評(píng)論區(qū)討論，也可以私信問(wèn)我响逢，一般我看到之后都會(huì)回的绒窑！