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juc并发包的常用类、线程安全实现方式、锁机制及 JVM 优化策略

news 来源：原创 2025/8/24 13:27:48

juc并发包的常用类、线程安全实现方式、锁机制及 JVM 优化策略

  • 1. juc包下的常用类：
    • 线程池：
    • 并发集合类：
    • 同步工具类：
    • 原子类：
  • 2. 怎么保证多线程安全：
  • 3. Java中常用锁及使用场景：
  • 4. 线程同步的方法：
  • 5. Synchronized锁静态方法和普通方法的区别：
  • 6. Synchronized和ReentrantLock的区别：
  • 7. 怎么理解可重入锁：
  • 8. Synchronized锁升级过程：
  • 9. JVM对Synchronized锁优化：
  • 10. 参考

1. juc包下的常用类：

线程池：

  • ThreadPoolExecutor：最核心的线程池类，用于创建和管理线程池。
  • Executors：线程池工厂类，提供了一系列静态方法来创建不同类型的线程池。

并发集合类：

  • ConcurrentHashMap：线程安全的哈希表；分段锁技术，允许多个线程同时访问不同的段，提高了并发性能。
  • CopyOnWriteArrayList：线程安全的列表，适合读多写少的场景，写操作会创建一个新的底层数组，读操作仍然在旧数组上进行，实现读写分离。

同步工具类：

  • CountDownLatch：允许一个或多个线程等待其他一组线程完成操作后再继续执行。通过一个计数器来实现，初始化计数器N，线程完成任务调用countDown方法将计数器减1，直至为0。
  • CyclicBarrier：让一组线程相互等待，直至所有线程都到达某个屏障点后，再一起执行。适用于多个线程需协同工作。
  • Semaphore：信号量，用于控制同时访问某个资源的线程数量，它维护了一个许可计数器。

原子类：

  • AtomicInteger；
  • AtomicLong；
  • AtomicBoolean；
  • AtomicReference;

2. 怎么保证多线程安全：

  • synchronized关键字，同步代码块或方法；
  • volatile关键字，用于变量，确保所有线程看到的是该变量的最新值；
  • Lock接口和ReentrantLock类；
  • 原子类；
  • 线程局部变量；
  • 并发集合：ConcurrentHashMap,CopyOnWriteArrayList；
  • JUC工具类:CountDownLatch,CyclicBarrier

3. Java中常用锁及使用场景：

  • 内置锁（Synchronized），一般用在简单代码块、方法上
  • ReentrantLock，只能用在代码块上，中断、定时、公平锁、控制多个变量、复杂并发场景
  • 读写锁，读多写少
  • 乐观锁和悲观锁：乐观锁不加锁，用版本号或时间戳来实现，悲观锁在访问数据前就会加锁。
  • 自旋锁：不放弃CPU，循环检查锁是否可用，适合锁等待时间很短的情况，否则会过度消耗CPU资源

4. 线程同步的方法：

“同步”强调调用者是否等待结果，“异步”强调调用者可以继续做事不被阻塞。

  • Synchronized关键字
  • ReentrantLock关键字
  • volatile关键字
  • Atomic类

5. Synchronized锁静态方法和普通方法的区别：

  • 普通方法锁的是当前实例对象this；
  • 静态方法锁的是当前类的Class对象（ClassName.class）；
  • 多个对象之间共享一个资源（如：数据库连接池）用静态同步方法。

6. Synchronized和ReentrantLock的区别：

  • Synchronized可以修饰静态方法、普通方法和代码块，ReentrantLock只能修饰代码块；
  • Synchronized自动加锁释放锁，ReentrantLock需要手动加锁释放锁；
  • Synchronized是非公平锁，Synchronized和ReentrantLock既可以是公平锁也可以是非公平锁；
  • Synchronized不可响应中断，ReentrantLock可响应中断，解决死锁问题；
  • Synchronized是JVM层面通过监视器实现的，ReentrantLock是基于AQS实现的；

7. 怎么理解可重入锁：

  • 可重入锁指同一个线程在获取了锁之后，可以重复获取该锁，而不会造成死锁（阻塞导致）或其他问题。
  • ReentrantLock实现可重入锁机制是基于线程持有锁的计数器，每重复获取一次就+1，释放-1，减到0才会完全释放。
  • Synchronized是可重入的，当一个线程调用Synchronized方法的同时在其方法内部调用该对象另一个Synchronized方法，即一个线程得到对象锁之后再次请求该对象锁是允许的，底层是操作系统的互斥锁（mutex lock），每个可重入锁会关联一个线程ID和一个锁状态status（也类似于一个计数器）。

8. Synchronized锁升级过程：

无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁

   ┌─────────────┐│   无锁       │└─────┬───────┘↓ （加锁，第一次使用）┌─────────────┐│ 偏向锁       │ ←—— 若只有一个线程反复使用，保持偏向锁└─────┬───────┘↓（有其他线程竞争）┌─────────────┐│ 轻量级锁     │ ←—— 若竞争不激烈，用CAS自旋└─────┬───────┘↓（竞争激烈，CAS自旋失败）┌─────────────┐│ 重量级锁     │└─────────────┘

9. JVM对Synchronized锁优化：

  • 锁膨胀：没有一开始就用重量级锁，避免获取和释放锁的时候用户态到内核态的转换；
  • 锁消除：JVM检测不到某段代码块被共享和竞争的可能性，就将这段的同步锁消掉；
  • 锁粗化：将多个连续的加锁、解锁操作连接在一起，扩展成范围更大的锁；
  • 自旋锁：避免挂起和恢复的开销，因为挂起和恢复操作都需要从用户态转入内核态；

10. 参考

https://www.xiaolincoding.com/interview/juc.html#%E5%B9%B6%E5%8F%91%E5%AE%89%E5%85%A8

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