引導(dǎo)語

面試中，問鎖主要是兩方面：鎖的日常使用場景 + 鎖原理，鎖的日常使用場景主要考察對(duì)鎖 API 的使用熟練度，看看你是否真的使用過這些 API，而不是紙上談兵，鎖原理主要就是問 AQS 底層的源碼原理了，如果問得更加深入的話，可能會(huì)現(xiàn)場讓你實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的鎖，簡單要求的會(huì)讓你直接使用 AQS API，復(fù)雜要求的可能需要重新實(shí)現(xiàn) AQS。

1、AQS 相關(guān)面試題

1.1、說說自己對(duì) AQS 的理解？

答：回答這樣的問題的時(shí)候，面試官主要考察的是你對(duì) AQS 的知識(shí)有沒有系統(tǒng)的整理，建議回答的方向是由大到小，由全到細(xì)，由使用到原理。

如果和面試官面對(duì)面的話，可以邊說邊畫出我們?cè)?AQS 源碼解析上中畫出的整體架構(gòu)圖，并且可以這么說：

AQS 是一個(gè)鎖框架，它定義了鎖的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，并開放出擴(kuò)展的地方，讓子類去實(shí)現(xiàn)，比如我們?cè)?lock 的時(shí)候，AQS 開放出 state 字段，讓子類可以根據(jù) state 字段來決定是否能夠獲得鎖，對(duì)于獲取不到鎖的線程 AQS 會(huì)自動(dòng)進(jìn)行管理，無需子類鎖關(guān)心，這就是 lock 時(shí)鎖的內(nèi)部機(jī)制，封裝的很好，又暴露出子類鎖需要擴(kuò)展的地方；

AQS 底層是由同步隊(duì)列 + 條件隊(duì)列聯(lián)手組成，同步隊(duì)列管理著獲取不到鎖的線程的排隊(duì)和釋放，條件隊(duì)列是在一定場景下，對(duì)同步隊(duì)列的補(bǔ)充，比如獲得鎖的線程從空隊(duì)列中拿數(shù)據(jù)，肯定是拿不到數(shù)據(jù)的，這時(shí)候條件隊(duì)列就會(huì)管理該線程，使該線程阻塞；

AQS 圍繞兩個(gè)隊(duì)列，提供了四大場景，分別是：獲得鎖、釋放鎖、條件隊(duì)列的阻塞，條件隊(duì)列的喚醒，分別對(duì)應(yīng)著 AQS 架構(gòu)圖中的四種顏色的線的走向。

以上三點(diǎn)都是 AQS 全局方面的描述，接著你可以問問面試官要不要說細(xì)一點(diǎn)，可以的話，按照 AQS 源碼解析上下兩篇，把四大場景都說一下就好了。

這樣說的好處是很多的：

面試的主動(dòng)權(quán)把握在自己手里，而且都是自己掌握的知識(shí)點(diǎn)；

由全到細(xì)的把 AQS 全部說完，會(huì)給面試官一種你對(duì) AQS 了如指掌的感覺，再加上全部說完耗時(shí)會(huì)很久，面試時(shí)間又很有限，面試官就不會(huì)再問關(guān)于 AQS 一些刁鉆的問題了，這樣 AQS 就可以輕松過關(guān)。

當(dāng)然如果你對(duì) AQS 了解的不是很深，那么就大概回答下 AQS 的大體架構(gòu)就好了，就不要說的特別細(xì)，免得給自己挖坑。

1.2、多個(gè)線程通過鎖請(qǐng)求共享資源，獲取不到鎖的線程怎么辦？

答：加鎖(排它鎖)主要分為以下四步：

嘗試獲得鎖，獲得鎖了直接返回，獲取不到鎖的走到 2；

用 Node 封裝當(dāng)前線程，追加到同步隊(duì)列的隊(duì)尾，追加到隊(duì)尾時(shí)，又有兩步，如 3 和 4；

自旋 + CAS 保證前一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)置為 signal；

阻塞自己，使當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)。

獲取不到鎖的線程會(huì)進(jìn)行 2、3、4 步，最終會(huì)陷入等待狀態(tài)，這個(gè)描述的是排它鎖。

1.3、問題 1.2 中，排它鎖和共享鎖的處理機(jī)制是一樣的么？

答：排它鎖和共享鎖在問題 1.2 中的 2、3、4 步驟都是一樣的， 不同的是在于第一步，線程獲得排它鎖的時(shí)候，僅僅把自己設(shè)置為同步隊(duì)列的頭節(jié)點(diǎn)即可，但如果是共享鎖的話，還會(huì)去喚醒自己的后續(xù)節(jié)點(diǎn)，一起來獲得該鎖。

1.4、共享鎖和排它鎖的區(qū)別？

答：排它鎖的意思是同一時(shí)刻，只能有一個(gè)線程可以獲得鎖，也只能有一個(gè)線程可以釋放鎖。

共享鎖可以允許多個(gè)線程獲得同一個(gè)鎖，并且可以設(shè)置獲取鎖的線程數(shù)量，共享鎖之所以能夠做到這些，是因?yàn)榫€程一旦獲得共享鎖，把自己設(shè)置成同步隊(duì)列的頭節(jié)點(diǎn)后，會(huì)自動(dòng)的去釋放頭節(jié)點(diǎn)后等待獲取共享鎖的節(jié)點(diǎn)，讓這些等待節(jié)點(diǎn)也一起來獲得共享鎖，而排它鎖就不會(huì)這么干。

1.5、排它鎖和共享鎖說的是加鎖時(shí)的策略，那么鎖釋放時(shí)有排它鎖和共享鎖的策略么？

答：是的，排它鎖和共享鎖，主要體現(xiàn)在加鎖時(shí)，多個(gè)線程能否獲得同一個(gè)鎖。

但在鎖釋放時(shí)，是沒有排它鎖和共享鎖的概念和策略的，概念僅僅針對(duì)鎖獲取。

1.6、描述下同步隊(duì)列？

答：同步隊(duì)列底層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是雙向的鏈表，節(jié)點(diǎn)叫做 Node，頭節(jié)點(diǎn)叫做 head，尾節(jié)點(diǎn)叫做 tail，節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間的前后指向分別叫做 prev、next，如果是面對(duì)面面試的話，可以畫一下 AQS 整體架構(gòu)圖中的同步隊(duì)列。

同步隊(duì)列的作用：阻塞獲取不到鎖的線程，并在適當(dāng)時(shí)機(jī)釋放這些線程。

實(shí)現(xiàn)的大致過程：當(dāng)多個(gè)線程都來請(qǐng)求鎖時(shí)，某一時(shí)刻有且只有一個(gè)線程能夠獲得鎖（排它鎖），那么剩余獲取不到鎖的線程，都會(huì)到同步隊(duì)列中去排隊(duì)并阻塞自己，當(dāng)有線程主動(dòng)釋放鎖時(shí)，就會(huì)從同步隊(duì)列中頭節(jié)點(diǎn)開始釋放一個(gè)排隊(duì)的線程，讓線程重新去競爭鎖。

1.7、描述下線程入、出同步隊(duì)列的時(shí)機(jī)和過程？

答：(排它鎖為例)從 AQS 整體架構(gòu)圖中，可以看出同步隊(duì)列入隊(duì)和出隊(duì)都是有兩個(gè)箭頭指向，所以入隊(duì)和出隊(duì)的時(shí)機(jī)各有兩個(gè)。

同步隊(duì)列入隊(duì)時(shí)機(jī)：

多個(gè)線程請(qǐng)求鎖，獲取不到鎖的線程需要到同步隊(duì)列中排隊(duì)阻塞；

條件隊(duì)列中的節(jié)點(diǎn)被喚醒，會(huì)從條件隊(duì)列中轉(zhuǎn)移到同步隊(duì)列中來。

同步隊(duì)列出隊(duì)時(shí)機(jī)：

鎖釋放時(shí)，頭節(jié)點(diǎn)出隊(duì)；

獲得鎖的線程，進(jìn)入條件隊(duì)列時(shí)，會(huì)釋放鎖，同步隊(duì)列頭節(jié)點(diǎn)開始競爭鎖。

四個(gè)時(shí)機(jī)的過程可以參考 AQS 源碼解析，1 參考 acquire 方法執(zhí)行過程，2 參考 signal 方法，3 參考 release 方法，4 參考 await 方法。

1.8、為什么 AQS 有了同步隊(duì)列之后，還需要條件隊(duì)列？

答：的確，一般情況下，我們只需要有同步隊(duì)列就好了，但在上鎖后，需要操作隊(duì)列的場景下，一個(gè)同步隊(duì)列就搞不定了，需要條件隊(duì)列進(jìn)行功能補(bǔ)充，比如當(dāng)隊(duì)列滿時(shí)，執(zhí)行 put 操作的線程會(huì)進(jìn)入條件隊(duì)列等待，當(dāng)隊(duì)列空時(shí)，執(zhí)行 take 操作的線程也會(huì)進(jìn)入條件隊(duì)列中等待，從一定程度上來看，條件隊(duì)列是對(duì)同步隊(duì)列的場景功能補(bǔ)充。

1.9、描述一下條件隊(duì)列中的元素入隊(duì)和出隊(duì)的時(shí)機(jī)和過程？

答：

入隊(duì)時(shí)機(jī)：執(zhí)行 await 方法時(shí)，當(dāng)前線程會(huì)釋放鎖，并進(jìn)入到條件隊(duì)列。

出隊(duì)時(shí)機(jī)：執(zhí)行 signal、signalAll 方法時(shí)，節(jié)點(diǎn)會(huì)從條件隊(duì)列中轉(zhuǎn)移到同步隊(duì)列中。

具體的執(zhí)行過程，可以參考源碼解析中 await 和 signal 方法。

1.10、描述一下條件隊(duì)列中的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到同步隊(duì)列中去的時(shí)機(jī)和過程？

答：時(shí)機(jī)：當(dāng)有線程執(zhí)行 signal、signalAll 方法時(shí)，從條件隊(duì)列的頭節(jié)點(diǎn)開始，轉(zhuǎn)移到同步隊(duì)列中去。

過程主要是以下幾步：

找到條件隊(duì)列的頭節(jié)點(diǎn)，頭節(jié)點(diǎn) next 屬性置為 null，從條件隊(duì)列中移除了；

頭節(jié)點(diǎn)追加到同步隊(duì)列的隊(duì)尾；

頭節(jié)點(diǎn)狀態(tài)（waitStatus）從 CONDITION 修改成 0（初始化狀態(tài)）；

將節(jié)點(diǎn)的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)置為 SIGNAL。

1.11、線程入條件隊(duì)列時(shí)，為什么需要釋放持有的鎖？

答：原因很簡單，如果當(dāng)前線程不釋放鎖，一旦跑去條件隊(duì)里中阻塞了，后續(xù)所有的線程都無法獲得鎖，正確的場景應(yīng)該是：當(dāng)前線程釋放鎖，到條件隊(duì)列中去阻塞后，其他線程仍然可以獲得當(dāng)前鎖。

2、AQS 子類鎖面試題

2.1、你在工作中如何使用鎖的，寫一個(gè)看一看？

答：這個(gè)照實(shí)說就好了

2.2、如果我要自定義鎖，大概的實(shí)現(xiàn)思路是什么樣子的？

答：現(xiàn)在有很多類似的問題，比如讓你自定義隊(duì)列，自定義鎖等等，面試官其實(shí)并不是想讓我們重新造一個(gè)輪子，而是想考察一下我們對(duì)于隊(duì)列、鎖理解的深度，我們只需要選擇自己最熟悉的 API 描述一下就好了，所以這題我們可以選擇 ReentrantLock 來描述一下實(shí)現(xiàn)思路：

新建內(nèi)部類繼承 AQS，并實(shí)現(xiàn) AQS 的 tryAcquire 和 tryRelease 兩個(gè)方法，在 tryAcquire 方法里面實(shí)現(xiàn)控制能否獲取鎖，比如當(dāng)同步器狀態(tài) state 是 0 時(shí)，即可獲得鎖，在 tryRelease 方法里面控制能否釋放鎖，比如將同步器狀態(tài)遞減到 0 時(shí)，即可釋放鎖；

對(duì)外提供 lock、release 兩個(gè)方法，lock 表示獲得鎖的方法，底層調(diào)用 AQS 的 acquire 方法，release 表示釋放鎖的方法，底層調(diào)用 AQS 的 release 方法。

2.3、描述 ReentrantLock 兩大特性：可重入性和公平性？底層分別如何實(shí)現(xiàn)的？

答：可重入性說的是線程可以對(duì)共享資源重復(fù)加鎖，對(duì)應(yīng)的，釋放時(shí)也可以重復(fù)釋放，對(duì)于 ReentrantLock 來說，在獲得鎖的時(shí)候，state 會(huì)加 1，重復(fù)獲得鎖時(shí)，不斷的對(duì) state 進(jìn)行遞增即可，比如目前 state 是 4，表示線程已經(jīng)對(duì)共享資源加鎖了 4 次，線程每次釋放共享資源的鎖時(shí)，state 就會(huì)遞減 1，直到遞減到 0 時(shí)，才算真正釋放掉共享資源。

公平性和非公平指的是同步隊(duì)列中的線程得到鎖的機(jī)制，如果同步隊(duì)列中的線程按照阻塞的順序得到鎖，我們稱之為公平的，反之是非公平的，公平的底層實(shí)現(xiàn)是 ReentrantLock 的 tryAcquire 方法（調(diào)用的是 AQS 的 hasQueuedPredecessors 方法）里面實(shí)現(xiàn)的，要釋放同步隊(duì)列的節(jié)點(diǎn)時(shí)（或者獲得鎖時(shí)），判斷當(dāng)前線程節(jié)點(diǎn)是不是同步隊(duì)列的頭節(jié)點(diǎn)的后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果是就釋放，不是則不能釋放，通過這種機(jī)制，保證同步隊(duì)列中的線程得到鎖時(shí)，是按照從頭到尾的順序的。

2.4、如果一個(gè)線程需要等待一組線程全部執(zhí)行完之后再繼續(xù)執(zhí)行，有什么好的辦法么？是如何實(shí)現(xiàn)的？

答：CountDownLatch 就提供了這樣的機(jī)制，比如一組線程有 5 個(gè)，只需要在初始化 CountDownLatch 時(shí)，給同步器的 state 賦值為 5，主線程執(zhí)行 CountDownLatch.await ，子線程都執(zhí)行 CountDownLatch.countDown 即可。

2.5、Atomic 原子操作類可以保證線程安全，如果操作的對(duì)象是自定義的類的話，要如何做呢？

答： Java 為這種情況提供了一個(gè) API：AtomicReference，AtomicReference 類可操作的對(duì)象是個(gè)泛型，所以支持自定義類。

3、總結(jié)

關(guān)于 AQS 和鎖場景的面試題，其實(shí)網(wǎng)上也很多，各個(gè)大廠出的題目也都不一樣，但考察問題的本質(zhì)都是一致的，如果把 AQS 架構(gòu)圖中，AQS 的組成和四種顏色箭頭的發(fā)起時(shí)機(jī)，調(diào)用過程都弄清楚了，回答 AQS 的各種問題都會(huì)游刃有余。

以上就是AQS底層原理連環(huán)相扣系列鎖面試題分析的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于AQS原理連環(huán)相扣系列鎖面試分析的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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