Java鎖面試題精選

引言

在Java編程中，鎖機制是很重要的一個概念，它可以體現出Java並發編程的核心思想。Java鎖機制是多線程計算機系統中的一種同步機制，它能夠防止多個線程同時操作共享的資源，從而保證數據的線程安全性。在Java編程面試中，Java鎖相關的面試題也是非常常見的，今天我們就來介紹一些常見的Java鎖面試題，幫助大家更好地準備面試。

Java鎖的基礎知識

Java中鎖的類型

Java中常見的鎖有兩種，分別是synchronized鎖和ReentrantLock鎖。synchronized鎖是Java的一種內置鎖，是Java語言層面實現的，ReentrantLock鎖是Java的一種可重入鎖，是基於Java API層面的實現。下面我們來介紹一下這兩種鎖的區別：

public class LockTest {
    private final Object lock1 = new Object();
    private final ReentrantLock lock2= new ReentrantLock();

    public void syncMethod() {
        synchronized (lock1) {
            //synchronized鎖
        }
    }

    public void reentrantMethod() {
        lock2.lock();
        try {
            //ReentrantLock鎖
        } finally {
            lock2.unlock();
        }
    }
}

synchronized和ReentrantLock的區別

1、鎖的可重入性：ReentrantLock鎖是可重入鎖，而synchronized鎖是不可重入鎖。可重入是指同一線程可以多次進入代碼塊，不需要去重新獲取鎖。

2、鎖的獲取方式：synchronized是Java的關鍵字，而ReentrantLock是Java API層面上的類。synchronized鎖的獲取是隱式的，在進入同步代碼塊的時候自動獲取，而ReentrantLock需要自己去顯式的獲取鎖。

3、鎖的釋放方式：ReentrantLock鎖需要在finally塊中手動釋放鎖，而synchronized是在代碼塊執行完畢或者出現異常時自動釋放鎖。

Java內置鎖synchronized

synchronized是Java中的一種內置鎖，主要是通過Java中的「Monitor」機制來實現同步的。它通過對對象或者類進行加鎖，使得同一時刻只能有一個線程執行被加鎖的代碼塊。下面我們來看一個synchronized鎖的例子：

public class SynchronizedTest {
    private int count = 0;

    public void increase() {
        synchronized (this) {
            count++;
        }
    }
}

在這個例子中，我們使用synchronized對increase()方法進行加鎖，保證在同步塊內的操作是原子的，這樣就可以避免多線程環境下對count變數進行非線程安全的操作。

ReentrantLock鎖

ReentrantLock是Java API提供的一種可重入鎖，它比synchronized更加靈活，可以自由控制鎖的獲取、釋放，同時還能夠通過繼承ReentrantReadWriteLock實現讀寫鎖。下面我們來看一個ReentrantLock鎖的例子：

public class ReentrantLockTest {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private int count = 0;

    public void increase() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

在這個例子中，我們使用ReentrantLock對increase()方法進行加鎖，保證在同步塊內的操作是原子的，這樣就可以避免多線程環境下對count變數進行非線程安全的操作。

Java鎖的高級知識

公平鎖和非公平鎖

在Java中，鎖還可以分為公平鎖和非公平鎖。公平鎖是指多個線程按照申請鎖的順序來獲取鎖，而非公平鎖是指多個線程獲取鎖的順序是不確定的。公平鎖的優點在於等待時間相對較長的線程會優先獲取鎖，避免了線程的飢餓現象，但會導致系統性能的下降。

在Java的ReentrantLock中，通過在構造函數中傳入參數true來創建公平鎖，而不傳入或者傳入false則表示創建非公平鎖。下面我們看一個公平鎖的例子：

public class FairLockTest implements Runnable {
    private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                lock.lock();
                //獲取鎖
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

可重入鎖和非可重入鎖

在Java中，鎖可以進一步分為可重入鎖和非可重入鎖。可重入鎖是指線程在獲取鎖之後，還可以繼續獲取自身的鎖，而不需要再次進行鎖的獲取操作，防止出現死鎖的情況。而非可重入鎖則是指無法重複獲取自身的鎖，這樣會導致線程被阻塞，從而出現死鎖。

StampedLock鎖

Java 8中新增了一個StampedLock鎖，它是Java鎖中的一種讀寫鎖，比其他讀寫鎖更加高效。它支持樂觀鎖、悲觀鎖、讀鎖和寫鎖，並且在讀時不會阻塞寫鎖，而在寫入時會阻塞其他任何鎖操作。

public class StampedLockTest {
    private final StampedLock lock = new StampedLock();
    private int count = 0;

    public int getCount() {
        long stamp = lock.tryOptimisticRead();//樂觀鎖
        int value = count;
        if (!lock.validate(stamp)) {//判斷是否進入寫模式
            stamp = lock.readLock();//悲觀鎖
            try {
                value = count;
            } finally {
                lock.unlockRead(stamp);
            }
        }
        return value;
    }

    public void write(int num) {
        long stamp = lock.writeLock();//寫鎖
        try {
            count += num;
        } finally {
            lock.unlockWrite(stamp);
        }
    }
}

讀寫鎖和鎖降級

Java中除了單一的同步鎖，還支持一種更複雜的同步機制——讀寫鎖。讀寫鎖的特點是允許多個線程同時讀共享變數，但在寫共享變數時不允許其他線程進行讀或寫操作，從而提高程序的並發讀性能。

在使用讀寫鎖時，需要注意鎖降級問題。鎖降級是指將寫鎖降級為讀鎖的過程，這樣可以提高程序的並發寫性能。下面我們看一個例子：

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();
    }
}

在這個例子中，我們使用了讀寫鎖來對Map的讀寫操作進行加鎖。在update()方法中，如果需要進行寫操作，則需要先釋放讀鎖，再獲取寫鎖，從而實現鎖降級操作。

總結

Java中的鎖機制是Java並發編程的核心部分，理解Java鎖的類型、鎖的獲取、釋放方式以及鎖的高級特性對於Java程序員來說非常重要。本文中介紹了Java中常見的鎖的類型、Java內置鎖synchronized的使用、ReentrantLock鎖的使用、公平鎖和非公平鎖、可重入鎖和非可重入鎖、StampedLock鎖以及讀寫鎖和鎖降級等在Java面試中常見的Java鎖面試題。通過了解這些內容，可以幫助讀者更好地準備Java面試。