synchronized實現原理
- synchronized同步代碼塊：synchronized關鍵字經過編譯之後，會在同步代碼塊前後分別形成monitorerter和monitorexit字節碼指令，在執行monitorenter指令的時候，首先嚐試獲取對象的鎖，如果這麼鎖沒有被鎖定或者當前線程已經擁有了那個對象的鎖，鎖的計數器就加1，在執行monitorexit指令時會將鎖的計數器減1，當減爲0的時候就釋放鎖。如果獲取鎖對象一直失敗，那當前線程就阻塞等待，直到對象鎖被另一個線程釋放爲止。
- synchronized同步方法：方法級的同步是隱式的，無需通過字節碼指令來控制，JVM可以從方法常量池的方法表結構中的ACC_SYNCHRONIZED訪問標誌得知一個方法是否聲明爲同步方法。當方法調用時，調用指令會檢查方法中的ACC_SYNCHRONIZED訪問標誌是否被設置，如果設置了，執行線程就要求先持有monitor對象，然後才能執行方法，最後當方法執行完（無論正常完成還是非正常完成）時釋放monitor對象。在方法執行期間，執行線程持有了管程，其他線程都無法再次獲取同一個管程。
☞ Synchronized優化
Java6之後，爲了減少獲得鎖和釋放鎖所帶來的性能消耗，引入了偏向鎖、輕量級鎖和自旋鎖等概念。
ReentrantLock是如何實現可重入性的？
內部自定了同步器Sync，加鎖的時候通過CAS算法，將線程對象放到一個雙向鏈表中，每次獲取鎖的時候，看下當前維護的那個線程ID和當前請求的線程ID是否一樣，一樣就可重入了。
ReentrantLock如何避免死鎖？
- 響應中斷lockInterruptibly()
- 可輪詢鎖tryLock()
- 定時鎖tryLock(long time)
tryLock, lock, lockInterruptibly的區別
- tryLock能獲得鎖就返回true，不能就立即返回false
- tryLock(long timeout, TimeUnit unit)，可以增加時間限制，如果超過該時間段還沒獲得鎖就返回false
- lock能獲得鎖就返回true，不能的話就一直等待獲得鎖
- lock和lockInterruptibly，如果兩個線程分別執行這兩個方法，但此時中斷這兩個線程，lock不會拋出異常，而lockInterruptibly會拋出異常。
CountDownLatch和CyclicBarrier的區別是什麼
CountDownLatch是等待其他線程執行到某一個點的時候，再繼續執行邏輯（子線程不會被阻塞，會繼續執行），只能使用一次。最常見的是join形式，主線程等待子線程執行完任務，在用主線程去獲取結果的方式，內部是用計數器相減實現的，AQS的state承擔了計數器的作用，初始化的時候，使用AQS賦值，主線程調用await()，被加入共享線程等待隊列裏面，子線程調用countDown的時候，使用自選的方式，減1，直到爲0時觸發喚醒。
CyclicBarrier迴環屏障，主要是等待一組線程到同一個狀態的時候放閘同時啓動。CyclicBarrier還可以傳遞一個Runnable對象，可以到放閘的時候執行這個任務，CyclicBarrier是可循環的，當調用await的時候如果count變成了0則會充值狀態。CyclicBarrier新增了一個字段parties，用來保存初始值，當count變爲0的時候就重新賦值。還有一個不同點，CyclicBarrier不是基於AQS的，而是基於ReentrantLock實現的，存放的等待隊列使用了條件變量的方式。
synchronized與ReentrantLock的區別
- 都是可重入鎖：ReentrantLock是顯式獲取和釋放鎖，synchronized是隱式的
- ReentrantLock可以直到有沒有成功獲取鎖，可以定義讀寫鎖，是api級別，synchronized是JVM級別
- ReentrantLock可以定義公平鎖，Lock是接口，synchronized是Java關鍵字
什麼是信號量Semaphore
信號量是一種固定資源的限制的一種併發工具包，基於AQS實現，在構造的時候會設置一個值，代表着資源數量。信號量主要是應用於多個共享資源的互斥使用，以及用於併發線程數的控制。信號量也分公平和非公平的情況，基本方式和ReentrantLock差不多，在請求資源調用task時，會用自旋的方式減1，如果成功，則獲取成功了，如果失敗，導致資源數變爲了0，就會加入隊列裏面等待；調用release的時候會加1，補充資源，並喚醒等待隊列。
Samaphore應用
- acquire(), release()可用於對象池、資源池的構建，比如靜態全局對象池，數據庫連接池
- 可創建計數爲1的Samaphore，作爲互斥鎖（二元信號量）
可重入鎖概念
- 可重入鎖是指同一個線程可以多次獲取同一把鎖，不會因爲之前已經獲取過還沒釋放而阻塞
- ReentrantLock和synchronized都是可重入鎖
- 可重入鎖的一個優點是可以一定程度避免死鎖
ReentranLock原理
☞ CAS+AQS隊列來實現
- 先通過CAS嘗試獲取鎖，如果此時已經有線程佔據了鎖，那就加入AQS隊列並且被掛起
- 當鎖被釋放之後，排在隊首的線程會被喚醒CAS再次嘗試獲取鎖
- 如果是非公平鎖，同時還有一個線程進來嘗試獲取可能會讓這個線程搶到鎖
- 如果是公平鎖，新加的線程會排到隊尾，由隊首的線程獲取到鎖
AQS原理
Node內部類構成一個雙向鏈表結構的同步隊列，通過控制state (volatile的int類型)狀態來判斷鎖的狀態.（1）對於非可重入鎖狀態不是0則去阻塞；（2）對於可重入鎖如果是0則執行，非0則判斷當前線程是否是獲取到這個鎖的線程，是的話把state狀態+1，比如重入5次，那麼state=5，而在釋放鎖的時候，同樣需要釋放5次直到state=0其他線程纔有資格獲得鎖。
AQS兩種資源共享方式
- Exclusive：獨佔，只有一個線程能執行，如ReentrantLock
- Share：共享，多個線程可以同時執行，如Semaphore, CountDownLotch, ReadWriteLock, CyclicBarrier
CAS原理、缺點及應用
☞ 原理
內存值V，舊的期望值A，要修改的新值B，當A=V時，將內存值修改爲B，否則什麼都不做。
☞ 缺點
- ABA問題
- 如果CAS失敗，自旋會給CPU帶來壓力
- 只能保證對一個變量的原子性操作，i++這種是不能保證的
☞ 應用
Atomic系列
公平鎖和非公平鎖
- 公平鎖在分配鎖前檢查是否有線程在排隊等待獲取該鎖，優先分配排隊時間最常的線程，非公平鎖直接嘗試獲取鎖
- 公平鎖需要多維護一個線程隊列，效率低，默認非公平
獨佔鎖和共享鎖
- ReentrantLock爲獨佔鎖（悲觀加鎖策略）
- ReentrantReadWriterLock中讀鎖爲共享鎖
4種鎖狀態
- 無鎖
- 偏向鎖 - 會偏向第一個訪問鎖的線程，當一個線程訪問同步塊代碼獲得鎖時，會在對象頭和棧幀記錄裏存儲鎖偏向的線程ID，當這個線程再次進入同步代碼塊時，就不需要CAS操作來加鎖了，只要測試一下對象頭裏面是否存儲指向當前線程的偏向鎖，如果偏向鎖未啓動，new出的對象是普通對象（即無鎖，有稍微競爭會造成輕量級鎖），如果啓動，new出的對象是匿名偏向（偏向鎖）。對象頭主要包括兩部分數據：Mark Work（標記字段，存儲對象自身的運行時數據）、class pointer（類型指針，對象指向它的類元數據的指針）
- 輕量級鎖（自旋鎖）
- 在把線程進行阻塞操作之前先讓線程自旋等待一段時間，可能在等待期間其他線程已經解鎖，這是就無需再進行阻塞操作，避免了用戶態到內核態的切換（自適應自選時間爲一個線程上下文切換時間）
- 在用自旋鎖時有可能會造成死鎖，當遞歸調用時有可能造成死鎖
- 自旋鎖底層是通過指向線程棧中Lock Record的指針來實現
- 重量級鎖
輕量級鎖與偏向鎖的區別
- 輕量級鎖是通過CAS來避免進入開銷較大的互斥操作
- 偏向鎖是在無競爭場景下完全消除同步，連CAS也不執行
自旋鎖升級到重量級鎖條件
- 某線程自旋次數超過10次
- 等待的自旋線程超過了系統core數的一半
讀寫鎖及其實現方式
常用的讀寫鎖ReentrantReadWriteLock，這個其實和ReentrantLock相似，也是基於AQS的，但是這個是基於共享資源的，不是互斥，關鍵在於state的處理，讀寫鎖把高16位記爲讀狀態，低16位記爲寫狀態，就分開了，讀讀情況是讀鎖重入，讀寫/寫讀/寫寫都是互斥的，只要判斷低16位就好了。
zookeeper實現分佈式鎖
- 利用節點名稱唯一性來實現，加鎖時所有客戶端一起創建節點，只有一個創建成功者獲得鎖，解鎖時刪除節點。
- 利用臨時順序節點來實現，加鎖時所有客戶端都創建臨時順序節點，創建節點序號最小的獲得鎖，否則監視比機子序號次小的節點進行等待
- 方法2相比方案1的好處時當zookeeper宕機後，臨時順序節點會自動刪除釋放鎖，不會噪聲鎖等待
- 方案1會產生驚羣效應（當有很多進程在等待鎖的時候，在釋放鎖的時候會有很多進程就過來爭奪鎖）
- 由於需要頻繁創建和刪除節點，性能上不如redis鎖
volatile變量
- 變量可見性
- 防止指令重排序
- 保障變量單次讀寫的原子性，但不能保證i++這種操作的原子性，因爲本質是讀，寫兩次操作
volatile如何保證線程間可見和避免指令重排
volatile之可見性是由原子性保證的，在jmm中定義了8類原子性指令，比如write, store, read, load。而volatile就要求write-store, load-read成爲一個原子性操作，這樣子可以確保在讀取的時候都是從主內存讀入，寫入的時候會同步到主內存中。
指令重排則是由內存屏障來保證的，有兩個內存屏障：
- 一個是編譯器屏障：阻止編譯器重排，保證編譯程序時在優化屏障之後的指令不會在優化屏障之後執行
- 二是cput屏障：sfence保證寫入，lfence保證讀取，lock類似於鎖的方式。