J.U.C 和 锁
线程安全是指多线程环境下，程序的执行结果不会受线程执行的先后顺序影响。
2.1.1 什么是AQS？
AbstractQueuedSynchronizer 多线程同步器，是JUC包中多个组件的底层实现。
AQS提供了两种锁机制，分别是：排他锁和共享锁。
| 排他锁 | 共享锁 | |
|---|---|---|
| 定义 | 同一时刻只允许一个线程访问共享资源 | 读锁，同一时刻允许多个线程同时获得锁资源 |
| 举例 | ReentrantLock | CountDownLatch, Semaphore |
2.1.2 如何理解AQS的实现原理？
- 一个volatile修饰的state变量，作为一个竞态条件
- 用双向链表维护FIFO线程等待队列
具体原理：多线程对state共享变量进行修改来实现竞态条件，竞争失败的线程加入FIFO并阻塞，抢占到竞态资源的线程释放资源后，后续线程按照FIFO顺序唤醒。
2.1.3 AQS为什么要使用双向链表？
- 避免链表中存在异常线程导致无法唤醒后续线程
- 移除中断的线程时效率更高
- 避免阻塞和唤醒的开销，更容易判断前置节点是不是head节点
2.1.4 什么是CAS？
CAS是Java中Unsafe类提供的一种原子操作，它的全称是Compare And Swap，即比较并交换。
比如 compareAndSwapInt() 方法，入参有当前对象实例，成员变量state在内存中的偏移量，预期值0，期望更改后的值1。
CAS的底层实现中，在多核CPU环境下，会增加一个Lock指令对缓存或总线程加锁，从而保证比较并替换这两个指令的原子性。
2.1.5 什么是乐观锁，什么是悲观锁？
乐观锁是指在在操作数据时认为别的现成不会同时修改数据，因此不会上锁，但是在更新时会判断在此期间别的线程有没有更新过这个数据。
反之，悲观锁每次操作数据的时候都认为别的线程也会同时修改数据，所以每次操作都会上锁，这样别的线程想拿到这个数据就会阻塞，直到它拿到锁。
乐观锁适用于写少读多，悲观锁适用于写多读少。
乐观锁实现：数据库提供的write_condition机制，原子变量类。
悲观锁实现：行锁，表锁，读锁，写锁，synchronized, ReentrantLock。
2.1.6 什么条件下会产生死锁，如何避免死锁？
死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象。 产生死锁的四个必要条件：
- 互斥条件，共享资源a和b每次只能被一个进程使用–不能破坏的条件
- 请求和保持条件；–可以破坏：首次执行时一次性申请所有的资源
- 不可抢占条件；–可以破坏：占用部分资源的线程进一步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源
- 循环等待。–可以破坏：按序申请资源
2.1.7 synchronized 和 Lock 的区别是什么？
| synchronized | Lock | |
|---|---|---|
| 特性 | Java内置的同步关键字 | J.U.C包下的一个接口，有多个实现类，比如ReentrantLock |
| 用法 | 可以同步对象，方法，代码块 | lock(), unlock()–通常写在finally中 |
| 性能 | 悲观锁 | 乐观锁 |
| 用途 | 非公平 | 公平/非公平 |
2.1.8 什么是可重入锁，它的作用是什么？
在运行的某个方法或者代码片段，因为抢占资源或者中断等原因，导致方法或者代码片段的运行中断，等待中断程序执行结束后，重新进入这个方法运行，并且结果不会受到影响，那这个方法就是可重入的。
一个线程如果抢占到了互斥锁，在锁释放之前再去竞争同一把锁，不需要等待，只需要记录重入次数。
大部分锁是可重入的，比如synchronized, ReentrantLock。
不可重入锁，比如读写锁StampedLock。
作用：避免死锁。
2.1.9 ReentrantLock 的实现原理是什么？
ReentrantLock 是一种可重入的排他锁。它底层实现的关键技术有
- 锁竞争，通过互斥变量，使用CAS机制实现。没有竞争到锁的线程，使用了AQS 队列同步器存储。
- 公平性和非公平
- 重入性
2.1.10 ReentrantLock 是如何实现锁的公平性和非公平性的？
默认采用了非公平锁。
公平锁的实现方式是，线程在竞争锁资源的时候判断AQS同步队列中有没有等待的线程，如果有，就加入队尾等待。
非公平锁的实现方式是，不管队列中是否有线程在等待，都先尝试抢占资源，如果抢不到，再加到队尾。
2.1.11 说说你对行锁、间隙锁、临建锁的理解？
这些是MySQL中InnoDB引擎下解决事务隔离性的一系列排他锁。
行锁：避免其他事务对这一行数据进行修改。
select * from table where id = 1 for update;
间隙锁：锁定一个索引区间。基于索引的范围查询，无论是否是唯一索引，都会自动触发间隙锁。比如基于between的范围查询，会锁定左边界和右边界之间的间隙。
主要是为了解决同一事务中两次查询不同的幻读问题。但可能产生死锁问题。
临建锁：行锁和间隙锁的组合。
select * from table where id between 5 and 7 for update;
2.1.12 如何理解java中令人眼花缭乱的各种并发锁？
根据不同情况使用不同的锁
1. 某个线程是否锁住同步资源
要锁住同步资源（写多读少），使用悲观锁，不锁住（写少读多），就用乐观锁。
2. 多个线程是否共享一把锁
共享锁，比如读锁，ReentrantReadWriteLock。 排他锁，synchronized, Lock。
3. 多个线程竞争时是否要排队
公平锁：Lock lock = new ReentrantLock(true);
非公平锁: Lock lock = new ReentrantLock(false);
4. 一个线程的多个流程是否能获取同一把锁
可重入锁，比如synchronized, ReentrantLock。
不可重入锁。
5. 某个线程锁住同步资源失败，该线程是否阻塞
如果希望线程不阻塞，可以使用自旋锁或者自适应自旋锁。
自旋锁是指线程再没有获得锁时不是被挂起，而是执行一个忙循环，不断的尝试获取锁。目的是减少线程被挂起的概率。不适合锁占用时间长的并发情况。AtomicInteger 就是自旋锁的实现。
6. 线程竞争同步资源时，细节流程是否发生变化
无锁（乐观锁）-> 偏向锁（第一线访问锁的线程不需要重复获取锁） -> 轻量级锁（自旋） -> 重量级锁（互斥锁）
7. 锁再设计和锁优化
分段锁：ConcurrentHashMap 1.7 底层使用分段锁Segment。
锁粗化：如果多个线程对同一个对象进行多次加锁，那么可以将多个锁合并为一个锁。 锁消除
2.1.13 阻塞队列被异步消费，怎么保持顺序？
- 阻塞队列本身符合FIFO队列特性。
- 阻塞队列中，使用了condition条件等待来维护两个等待队列。
- 一个是队列为空的时候存储被阻塞的消费者。
- 一个是队列满的时候存储被阻塞的生产者。
- 阻塞队列的消费过程，有两种情况
- 阻塞队列中已经包含了很多任务，启动多个消费者去消费任务，它的有序性是由加锁实现
- 如果由多个消费者线程因为阻塞队列中没有任务而被阻塞，那么它们是按照FIFO的顺序存储到 condition 条件等待队列中的。当阻塞队列中有任务要处理的时候，这些被阻塞的消费者线程会按照FIFO的顺序被唤醒。
2.1.14 基于数组的阻塞队列ArrayBlockingQueue的实现原理是什么？
阻塞队列（BlockingQueue）在队列的基础上，增加了两个附加操作：队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空；当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。
阻塞队列可以非常容易地实现生产-消费者模型，其中用到两种关键技术：队列的存储，以及线程的阻塞和唤醒。
ArrayBlockingQueue 是基于数组结构的阻塞队列，循环数组。
线程的阻塞和唤醒用到了 ReentrantLock 和 condition 。