Java锁面试题精选

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 Map map = 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。