java锁机制与并发编程

🔒 Java锁机制与并发编程：高并发场景的核心解决方案

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🔍 为什么锁机制是面试必问？

在Java并发编程中，锁机制是保证线程安全的核心手段。面试官常通过锁相关问题考察候选人对多线程底层原理的理解，比如：

• synchronized 和 ReentrantLock 的区别？
• 如何用CAS实现无锁化优化？
• 死锁的排查与预防方案？

💡 真实面试场景：某大厂要求现场画ReentrantLock的AQS队列同步机制流程图

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🔧 四大核心锁机制剖析

🛡️ 1. synchronized 关键字

• 对象监视器锁：通过JVM内置Monitor实现
• 锁升级过程：无锁 → 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁
• 优化点：JDK6后引入锁消除、锁粗化等机制
  

🔗 2. ReentrantLock 显式锁

• 核心优势：支持公平/非公平锁、可中断、超时等待
• 实现原理：基于AQS（AbstractQueuedSynchronizer）
• 代码示例：

  Lock lock = new ReentrantLock();
  lock.lockInterruptibly(); // 可响应中断的加锁
  

📖 3. 读写锁（ReentrantReadWriteLock）

• 场景适用：读多写少的高并发场景
• 锁降级：持有写锁时可获取读锁，反之禁止
• 潜在问题：写线程饥饿（公平锁可缓解）

⚡ 4. StampedLock 邮戳锁

• 乐观读模式：通过tryOptimisticRead()提升读性能
• 锁转换：validate(stamp)验证数据一致性
• 注意事项：不支持重入、条件变量

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🧩 并发工具类实战技巧

🔢 CountDownLatch vs CyclicBarrier

| 工具 | 特性 | 典型场景 |
|---------------|--------------------------|-----------------------|
| CountDownLatch| 一次性使用 | 主线程等待多任务初始化 |
| CyclicBarrier | 可重复使用 | 多线程分阶段协同 |

🚦 Semaphore 信号量

• 资源池控制：数据库连接池限流
• 公平模式：避免线程饥饿
• 扩展用法：实现简单对象池

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☠️ 高频死锁问题解决方案

案例：线程A持有锁1请求锁2，线程B持有锁2请求锁1
排查工具：

1. jstack -l pid 查看线程堆栈
2. Arthas的thread -b自动检测死锁
   预防策略：

• 顺序加锁
• 使用tryLock()设置超时
• 避免嵌套锁

💡 面试现场：要求5分钟内手写一个死锁案例并给出修复方案

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🚀 锁性能优化指南

1. 减小锁粒度：ConcurrentHashMap分段锁思想
2. 无锁化设计：Atomic原子类+CAS机制
3. ThreadLocal隔离：空间换时间
4. LongAdder替代AtomicLong：分散热点竞争

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💎 大厂面试避坑指南

• volatile不保证原子性（需配合CAS）
• synchronized锁的是对象而非代码
• AQS的CLH队列是双向链表结构
• 线程池大小设置公式：
  N_threads = N_cpu * U_cpu * (1 + W/C)

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🔚 最后建议

1. 理解JMM内存模型（Happens-Before原则）
2. 掌握锁消除、锁粗化的JIT优化逻辑
3. 熟读AQS源码（推荐Doug Lea的注释版）

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