【面试题】并发篇

時光2024-10-302026-05-17

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什么是 Java 的 StampedLock？

StampedLock 是 Java 8 引入的一个锁机制，与传统的 ReentrantLock 和 ReadWriteLock 相比，StampedLock 通过引入乐观读锁和时间戳（stamp）的概念，提升了读写性能，尤其是在读多写少的场景下。

核心特性：

写锁（write lock）：独占模式的锁，和 ReentrantLock 类似，保证写操作的排他性。
悲观读锁（read lock）：共享模式的锁，多个线程可以同时持有读锁，但写锁需要等待。
乐观读锁（optimistic read lock）：无需阻塞的读锁机制，允许在没有竞争的情况下进行快速读取。当检测到有写操作发生时，才会回退到悲观读锁或重试。

时间戳（stamp）：

每个锁操作都会返回一个 stamp，代表了锁的状态，后续操作需要根据这个 stamp 来验证锁是否有效。

StampedLock 的优缺点

优点：

乐观读模式提供了更高效的并发读操作，避免了传统锁机制下的线程阻塞。
更灵活的锁机制，允许不同的锁模式进行切换，适合不同场景。

缺点：

不可重入：StampedLock 是非重入锁，这意味着同一个线程不能在持有锁时再次获取同类型的锁，否则会造成死锁。
读锁饥饿：在高写入负载的场景下，悲观读锁可能会被长期阻塞，导致读操作饥饿。
CPU飙升风险：如果线程使用 writeLock() 或者readLock() 获得锁之后，线程还没执行完就被 interrupt() 的话，会导致CPU飙升，需要用 readLockInterruptibly 或者 writeLockInterruptibly 。

CPU 飙升示例代码

我本地跑了下复现了：

内部原理

StampedLock 通过一个长整型值来管理状态，低位用于表示锁的类型（写锁、读锁），高位用于表示锁的计数。当乐观读锁被获取时，生成一个时间戳（stamp），并在后续验证时判断是否有写操作发生。
validate(stamp) 方法可以有效判断在持有乐观读锁的情况下，是否有其他写操作干扰(被修改了)，从而决定是否要变为悲观读锁。

代码示例：

import java.util.concurrent.locks.StampedLock;

public class StampedLockExample {
    private double x, y;
    private final StampedLock lock = new StampedLock();

    // 写操作：移动坐标
    public void move(double deltaX, double deltaY) {
        long stamp = lock.writeLock();  // 获取写锁
        try {
            x += deltaX;
            y += deltaY;
        } finally {
            lock.unlockWrite(stamp);  // 释放写锁
        }
    }

    // 悲观读操作：获取坐标
    public double distanceFromOrigin() {
        long stamp = lock.readLock();  // 获取读锁
        try {
            return Math.sqrt(x * x + y * y);
        } finally {
            lock.unlockRead(stamp);  // 释放读锁
        }
    }

    // 乐观读操作：获取坐标
    public double optimisticDistanceFromOrigin() {
        long stamp = lock.tryOptimisticRead();  // 获取乐观读锁
        double currentX = x, currentY = y;
        if (!lock.validate(stamp)) {  // 检查乐观读锁是否被其他写操作干扰
            stamp = lock.readLock();  // 回退到悲观读锁
            try {
                currentX = x;
                currentY = y;
            } finally {
                lock.unlockRead(stamp);  // 释放读锁
            }
        }
        return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
    }
}

关键点：

写锁用于修改共享资源，多个线程无法同时持有写锁。
悲观读锁保证数据一致性，适合写操作较多的场景。
乐观读锁适用于读多写少的场景，可以在大部分时间无锁读取，大大提高性能。

你使用过 Java 中的哪些阻塞队列？

阻塞队列主要用来阻塞队列的插入和获取操作，当队列满了的时候插入操作会被阻塞，直到队列有空位。当队列为空的时候获取操作会被阻塞，直到队列有值。

常用在实现生产者和消费者场景，在笔试题中比较常见。

常见的阻塞队列包括：

ArrayBlockingQueue：一个有界队列，底层基于数组实现。需要在初始化时指定队列的大小，队列满时，生产者会被阻塞，队列空时，消费者会被阻塞。
LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，允许可选的界限（有界或无界）。无界模式下可以不断添加元素，直到耗尽系统资源。有界模式则类似于 ArrayBlockingQueue，但吞吐量通常较高。
PriorityBlockingQueue：一个无界的优先级队列，元素按照自然顺序或者指定的比较器顺序进行排序。与其他阻塞队列不同的是，PriorityBlockingQueue 不保证元素的 FIFO 顺序。
DelayQueue：一个无界队列，队列中的元素必须实现 Delayed 接口，只有当元素的延迟时间到期时，才能被取出。常用于延迟任务调度。
SynchronousQueue：一个没有内部容量的队列，每个插入操作必须等待对应的移除操作，反之亦然。常用于在线程之间的直接传递任务，而不是存储任务。

回答重点

常用在实现生产者和消费者场景，在笔试题中比较常见。

常见的阻塞队列包括：

ArrayBlockingQueue：一个有界队列，底层基于数组实现。需要在初始化时指定队列的大小，队列满时，生产者会被阻塞，队列空时，消费者会被阻塞。
LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，允许可选的界限（有界或无界）。无界模式下可以不断添加元素，直到耗尽系统资源。有界模式则类似于 ArrayBlockingQueue，但吞吐量通常较高。
PriorityBlockingQueue：一个无界的优先级队列，元素按照自然顺序或者指定的比较器顺序进行排序。与其他阻塞队列不同的是，PriorityBlockingQueue 不保证元素的 FIFO 顺序。
DelayQueue：一个无界队列，队列中的元素必须实现 Delayed 接口，只有当元素的延迟时间到期时，才能被取出。常用于延迟任务调度。
SynchronousQueue：一个没有内部容量的队列，每个插入操作必须等待对应的移除操作，反之亦然。常用于在线程之间的直接传递任务，而不是存储任务。

扩展知识

使用场景

ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 常用于典型的生产者-消费者场景。例如：任务处理系统中，生产者生成任务，消费者从队列中取出任务并执行。
PriorityBlockingQueue 更适合处理带有优先级的任务场景，如任务调度系统。
DelayQueue 适用于需要延迟处理的任务，例如：缓存失效策略、定时任务调度等。
SynchronousQueue 适合在线程间直接传递数据，而不希望数据被存储在队列中。例如：ThreadPoolExecutor 的直接交接模式中使用 SynchronousQueue 来传递任务。