你好，面試官 | 百度是這樣問(wèn) synchronized 的.....

本期是【你好，面試官】系列文章的第9期，持續(xù)更新中.....。

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小龍有話說(shuō)

本期會(huì)通過(guò)面試模擬復(fù)現(xiàn)百度提前批二面，關(guān)于 synchronized 的考察，以此講解其原理。

本期題改編自 ——2022屆秋招 百度 二面

面試現(xiàn)場(chǎng)

叮叮叮......

面試官：“你好，我是XX面試官，請(qǐng)問(wèn)是小龍嗎？”

小龍：“您好，面試官，我是小龍”

面試官：“好的，現(xiàn)在有空嗎，我們開(kāi)始面試吧”

小龍：“嗯嗯，準(zhǔn)備好啦”

.......

other questions

.......

面試官：“synchronized 分別修飾了一個(gè)靜態(tài)方法和一個(gè)實(shí)例方法，現(xiàn)在對(duì)其并發(fā)訪問(wèn)，這是否線程安全？”

獨(dú)白：“我記不太清原問(wèn)題咋問(wèn)的了，反正大概考的知識(shí)點(diǎn)就是這個(gè)，不是直白的考，而是給你一個(gè)實(shí)際例子叫你分析”

獨(dú)白：“當(dāng)時(shí)可能剛開(kāi)始面試第一個(gè)問(wèn)題還沒(méi)進(jìn)入狀態(tài)，又有點(diǎn)緊張，面試官說(shuō)話又不清楚，所以一下還沒(méi)反應(yīng)過(guò)來(lái)，卡了幾秒，映像比較深刻。”

小龍：“這個(gè)當(dāng)然不安全，因?yàn)樵L問(wèn)靜態(tài) synchronized 方法鎖的是當(dāng)前類(lèi)的Class對(duì)象，而訪問(wèn)非靜態(tài) synchronized 方法鎖的是當(dāng)前實(shí)例對(duì)象?！?/p>

面試官：“好的，那你知道 synchronized 實(shí)現(xiàn)加鎖的本質(zhì)原理嗎？”

獨(dú)白：“這個(gè)不就是 monitorenter 那兩條命令嗎，拿捏~”

小龍：“如果 synchronized 修飾代碼塊，javac 編譯時(shí)，會(huì)在代碼塊前后生成 monitorenter 和 monitorexit ，當(dāng)執(zhí)行遇到 monitorenter指令便會(huì)去嘗試獲取鎖?！?/p>

獨(dú)白：“以為拿捏了，為了讓面試官覺(jué)得我理解的很透徹，再補(bǔ)充了一點(diǎn)。”

小龍：“使用 synchronized 在出現(xiàn)異常時(shí)，還可以保證鎖的釋放。因?yàn)樗€會(huì)隱式的加一個(gè) try-finnaly，finnaly 中也有 monitorexit 命令以便出現(xiàn)異?？梢葬尫沛i。”

面試官：“好的，你說(shuō)的這些沒(méi)問(wèn)題，那你知道當(dāng)執(zhí)行到 monitorenter 指令時(shí)，它是怎樣去嘗試獲取鎖的嗎？這個(gè)鎖究竟是啥？你還是沒(méi)說(shuō)明白呢，哈哈。”

獨(dú)白：“原來(lái)想問(wèn) ?monitor 噢，還是很基礎(chǔ)的，幸好這些在【面試筆記】都詳細(xì)總結(jié)過(guò)。”

小龍：“其實(shí)追根朔源，每個(gè)對(duì)象都有一個(gè) monitor 與之關(guān)聯(lián)，而當(dāng)且一個(gè) monitor 被持有后，它便處于鎖定狀態(tài)啦，而線程執(zhí)行到 monitorenter 指令時(shí)，便會(huì)嘗試獲取對(duì)象所對(duì)應(yīng)的 monitor 的所有權(quán)，即嘗試獲得對(duì)象的鎖?！?/p>

Moniter=WaitSet+EntryList（當(dāng)鎖被占用，其他線程來(lái)就會(huì)進(jìn)入阻塞隊(duì)列，等鎖釋放再一起競(jìng)爭(zhēng)）+Owner（指向持有鎖的線程）

面試官：“真的是這樣嗎？還有嗎？”

小龍："你別急嘛，我還沒(méi)說(shuō)完，上面說(shuō)法其實(shí)不完全正確，那是針對(duì)重量級(jí)鎖。"

小龍：“如果是 synchronized 沒(méi)被優(yōu)化之前，它是重量級(jí)鎖，僅依賴對(duì)象對(duì)應(yīng)的 moniter，但是后面進(jìn)行了優(yōu)化?！?/p>

面試官：“噢，展開(kāi)說(shuō)說(shuō)?！?/p>

小龍：“我們的對(duì)象總的來(lái)說(shuō)是由 對(duì)象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)、對(duì)齊填充構(gòu)成，而對(duì)象頭里面就存了 Mark Word，Mark Word 里面存了對(duì)象自身的一些運(yùn)行信息，比如：hashcode、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、持有的鎖?！?/p>

小龍：“若 synchronized 給該對(duì)象加鎖后，那么該對(duì)象頭的 Mark Word 就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，優(yōu)化后的 synchronized 會(huì)迎合不同場(chǎng)景升級(jí)鎖，隨著鎖升級(jí)，這個(gè)變化也不同。”

小龍：“偏向鎖依賴 當(dāng)前線程ID，重量級(jí)鎖依賴 monitor ，輕量級(jí)鎖依賴 鎖記錄lock-record。”

獨(dú)白：“應(yīng)該是說(shuō)清楚啦，更多裝逼小技巧看【面試筆記】”

面試官：“好的，你說(shuō)詳細(xì)說(shuō)一下鎖的升級(jí)過(guò)程嗎？”

小龍：“synchronized 總的升級(jí)流程是這樣：無(wú)鎖 ----> 偏向鎖 ----> 輕量級(jí)鎖----> 鎖自旋 ----> 重量級(jí)鎖?！?/p>

偏向鎖

小龍：“首先會(huì)判斷Mark Word里面是否有當(dāng)前線程Id，若有則處于偏向鎖，若無(wú)則嘗試用 CAS 將 Mark Word 替換為線程Id，若成功則偏向鎖設(shè)置成功，失敗則有競(jìng)爭(zhēng)要升級(jí)成輕量級(jí)鎖?！?/p>

輕量級(jí)鎖

小龍：“而對(duì)于輕量級(jí)鎖里面涉及的就更復(fù)雜，詳細(xì)展開(kāi)說(shuō)就是，開(kāi)始會(huì)創(chuàng)建鎖記錄(Lock Record）對(duì)象，然后我們每個(gè)線程的棧幀都會(huì)包含一個(gè)鎖記錄的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部可以用來(lái)存儲(chǔ)鎖定對(duì)象的 Mark Word；”

鎖記錄（Lock Record）包含了 lock record 地址 00、Object reference

對(duì)象（Obejct）組成上面說(shuō)過(guò)了，此處不再贅述

小龍：“然后讓鎖記錄中 Object reference 指向鎖對(duì)象，并嘗試用 CAS（原子操作）替換 Object 的 Mark Word，將 Mark Word 的值存入鎖記錄；”

小龍：“如果 CAS 替換成功，對(duì)象頭中存儲(chǔ)了鎖記錄地址和狀態(tài)00，表示由該線程給對(duì)象加鎖；”

面試官：“那如果失敗又是怎樣處理的呢？”

小龍：“如果cas失敗，有兩種情況：”

• 如果是其它線程已經(jīng)持有了該 Object 的輕量級(jí)鎖，這時(shí)表明有競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)入鎖膨脹過(guò)程（也就是升級(jí)成重量級(jí)鎖---monitor）
• 如果是自己執(zhí)行了 synchronized 鎖重入，那么再添加一條 Lock Record 作為重入的計(jì)數(shù)。

同一線程對(duì)同一對(duì)象加了多次鎖--鎖重入

小龍：“當(dāng)退出 synchronized 代碼塊（解鎖時(shí)）如果有取值為 null 的鎖記錄，表示有重入，這時(shí)重置鎖記錄表示重入計(jì)數(shù)減一；”

小龍：“當(dāng)退出 synchronized 代碼塊（解鎖時(shí)）鎖記錄的值不為 null，這時(shí)使用 CAS 將 Mark Word 的值恢復(fù)給對(duì)象頭（也就是將之前鎖記錄和對(duì)象CAS替換的部分又替換回來(lái)，換回原來(lái)各自的）；”

小龍：“若上面操作成功，則解鎖成功；失敗，說(shuō)明輕量級(jí)鎖進(jìn)行了鎖膨脹或已經(jīng)升級(jí)為重量級(jí)鎖，進(jìn)入重量級(jí)鎖解鎖流程。”

重量級(jí)鎖

面試官：“那重量級(jí)鎖又是怎么回事呢？”

小龍：“如果在嘗試加輕量級(jí)鎖的過(guò)程中，CAS 操作無(wú)法成功，這時(shí)一種情況就是有其它線程為此對(duì)象加上了輕量級(jí)鎖（有競(jìng)爭(zhēng))，這時(shí)需要進(jìn)行鎖膨脹，將輕量級(jí)鎖變?yōu)橹亓考?jí)鎖?！?/p>

小龍：“當(dāng) T1 進(jìn)行輕量級(jí)加鎖時(shí)，T0 已經(jīng)對(duì)該對(duì)象加了輕量級(jí)鎖?！?/p>

小龍：“這時(shí) T1 加輕量級(jí)鎖失敗，進(jìn)入鎖膨脹流程 （因?yàn)?T1 加鎖失敗，被 T0 占了，但是 T1 不能在這干耗著啊，于是進(jìn)入鎖膨脹，申請(qǐng)一個(gè)monitor 去阻塞，升級(jí)成重量級(jí)鎖--這時(shí)才有阻塞）”

小龍：“實(shí)際上就是為 Object 對(duì)象申請(qǐng) Monitor 鎖，讓 Object 指向重量級(jí)鎖地址。然后自己進(jìn)入 Monitor 的 EntryList BLOCKED ”

小龍：“當(dāng) T0 退出同步塊解鎖時(shí)，使用 CAS 將 Mark Word 的值恢復(fù)給對(duì)象頭，失敗（因?yàn)閛bject mark-word 里放的是 monitor對(duì)象的地址了，不是T0 的 Lock Recode里面那個(gè)地址了）。這時(shí)會(huì)進(jìn)入重量級(jí)解鎖流程，即按照 Monitor 地址找到 Monitor 對(duì)象，設(shè)置 Owner為 null，喚醒 EntryList 中 BLOCKED 線程?！?/p>

這只是為了讓大家全面詳細(xì)的了解整個(gè)鎖升級(jí)過(guò)程，其實(shí)面試不用回答那么完整，只需要簡(jiǎn)單說(shuō)一下整個(gè)流程便可以，如果面試官要深問(wèn)，再細(xì)講。不過(guò)【面試筆記】全都給大家把關(guān)鍵點(diǎn)提煉出來(lái)啦，按著回答問(wèn)題不大

面試官：“給個(gè)大大的贊，繼續(xù)加油！”

獨(dú)白：“不愧是我，真男人是也！【面試筆記】在手，大廠 offer 不愁。”

知識(shí)總結(jié)

本期我們通過(guò)面試模擬深入探討了 synchronized 的底層實(shí)現(xiàn)原理，下期分析 volatile相關(guān)。訂閱+星標(biāo)持續(xù)追更。

面試重點(diǎn)

?synchronized?的底層實(shí)現(xiàn)原理.

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