每日三道面試題，通往自由的道路13——鎖+Volatile
茫茫人海千千萬萬，感謝這一秒你看到這裡。希望我的面試題系列能對你的有所幫助！共勉！
願你在未來的日子，保持熱愛，奔赴山海！
每日三道面試題，成就更好自我
我們既然聊到了並發多線程的問題，怎麼能少得了鎖呢？
1. 你知道volatile是如何保證可見性嗎？
我們先看一組代碼：
public class VolatileVisibleDemo {
public static boolean initFlag = false;
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("等待initFlag改變！！！");
// 如果initFlag發生改變了，這是為true的話，才會結束循環
while(!initFlag) {
}
System.out.println("今天的世界打烊了，晚安！");
}
}).start();
// 這裡是為了能保證運行完上面的代碼
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 這裡是Lambda表達式，就是上面的縮寫
new Thread(() -> {
System.out.println("準備填充數據，修改initFlag的值");
initFlag = true;
System.out.println("準備數據完了！");
}).start();
}
}
運行得到的結果：
我們可以發現，其實在準備數據完後，我們的initFlag的變量其實已經改變，但是為什麼還是沒有結束循環輸出今天的世界打烊了，晚安！這一句呢？
從之間的JMM模型，我們可以知道，不同線程之間是不能直接訪問對方工作內存中的變量，線程間變量的值的傳遞需要通過主內存中轉來完成，並且線程在修改完數值後，也不是馬上同步到主內存中，並且另一個線程也是無法感知到數據發生改變的，所以就會有可見性問題。
那我們可以加個volatile關鍵字修飾變量試下？
public static volatile boolean initFlag = false;
我們可以發現：
在我們的變量修飾了volatile關鍵字後，就能輸出今天的世界打烊了，晚安！這一句了。
我們來看看圖解吧：
先解釋下這其中連接的幾個單詞：
- read（讀取）：從主內存中讀取數據
- load （載入）：將主內存中讀取到的數據寫入到本地（工作）內存中
- user（使用）：從本地內存中讀取數據給線程使用來計算
- assign（賦值）：線程將計算好的值重新賦值到工作內存中
- store（存儲）：將本地內存的數據存儲到主內存中
- write（寫入）：將stroe過來的變量值賦值給主內存中的變量，重新賦值。
大概講一下流程：
在線程B讀取initFlag變量後，重新賦值true給變量，此時，因為加了volatile修飾，所以會馬上將值寫入到主內存中修改變量中的值，此時因為有一個cpu總線嗅探機制會監聽到主內存的變量值發生改變了，會把本地內存的中initFlag變量設置了失效，重新讀取一邊主內存的新值，就可以達到解決變量可見性問題。這是它第一個保證可見性的關鍵。
之前我們也有提到他如果發生指令重排序了，那是不是也不能讀取到最新的值呢。答案是不會的呢。
因為被volatile修飾的話，它會禁止指令重排序。那它主要是依靠什麼指令重排序呢？它是通過內存屏障來實現的。什麼是內存屏障？硬件層面，內存屏障分兩種：讀屏障（Load Barrier）和寫屏障（Store Barrier）。內存屏障有兩個作用：
- 阻止屏障兩側的指令重排序；
- 強制把寫緩衝區/高速緩存中的臟數據等寫回主內存，或者讓緩存中相應的數據失效。
而編譯器在生成位元組碼時，會在指令序列中插入內存屏障來禁止指令重排序。這樣保證了任何程序中都能得到正確的volatile內存語義。這個策略是：
- 在每個volatile寫操作前插入一個StoreStore屏障；
- 在每個volatile寫操作後插入一個StoreLoad屏障；
- 在每個volatile讀操作後插入一個LoadLoad屏障；
- 在每個volatile讀操作後再插入一個LoadStore屏障。
看一下示意圖：
總結：
volatile作用：
- volatile可以保證內存可見性且禁止重排序。
- volatile不具備保證原子性，而鎖可以保證整個臨界區代碼的執行具有原子性。所以而鎖可以保證整個臨界區代碼的執行具有原子性。所以在功能上，鎖比volatile更強大；在性能上，volatile更有優勢。
不錯呀！volatile這麼深的底層都有了解，看來你勢要我這個offer呀，那咱們繼續
2. 悲觀鎖和樂觀鎖可以講下你的理解嗎？
悲觀鎖和樂觀鎖都是比較老生常談的了，所以還是得記住呀！
其實聽名字，我們就應該有個概念：
悲觀對應着我們生活中的人，悲觀的人一般看待事物都會相對消極負能量點，會儘可能往壞處去想的。這也是對應着MyGirl，她其實是一個也不能說算是悲觀的人，只能說看待事物可能會更往深入，更壞的一方面的去思考。
這其實跟我很互補，因為算是個樂天派吧，而樂觀對應着我們生活中的人，樂觀的人一般看待事物都會相對積極正能量，會儘可能往好處去想的。我其實對待生活的方方面面可能會更樂觀點，但有時帶來的一些壞處也是難以估計的。
所以說這兩者不能說誰好誰壞，只能對應着場景選擇對應的方法。
悲觀鎖：
MyGilr這個人呢，她總是會假設一種最壞的情況。比如，她每次要去拿數據的同時，認為別人也會來修改數據跟她作對，所以每次在拿數據的時候她都會上鎖，堵上一個界限，這樣別人想拿這個數據就只能等待她出去解鎖成功後，直到它拿到鎖。
在Java中，synchronized和ReentrantLock等獨佔鎖就是悲觀鎖思想的實現。而在數據庫裡邊就用到了很多這種鎖機制，比如行鎖，表鎖等，讀鎖，寫鎖等，都是在做操作之前先上鎖。
樂觀鎖：
我這個人呢，總是會假設一種最好的情況。比如， 我每次要去拿數據的同時，認為別人絕對不會來修改數據滴，所以每次拿數據的時候都不會上鎖。但是人還是要點防備心裏的，不是嗎？所以在更新的時候會判斷一下在此期間別人有沒有去更新過這個數據。
而常見的有CAS算法+版本號實現。樂觀鎖適用於多讀的應用類型，這樣可以提高吞吐量。
在Java中，像原子類就是使用了樂觀鎖的一種實現方式CAS實現的。而在數據庫提供的類似於write_condition機制，其實都是提供的樂觀鎖。
兩者對應的場景的區別：
樂觀鎖多用於讀多寫少的環境，避免頻繁加鎖影響性能，加大了系統的整個吞吐量；而悲觀鎖多用於寫多讀少的環境，避免頻繁失敗和重試影響性能。
不錯，這個常規的鎖也懂嘛，最後問你一道：
3. 你還知道什麼其他的鎖嗎？
可重入鎖和非可重入鎖：
所謂重入鎖又名遞歸鎖，顧名思義。就是支持重新進入的鎖，也就是說這個鎖支持一個線程對資源重複加鎖。指在同一個線程在外層方法獲取鎖的時候，在進入內層方法會自動獲取鎖。不會因為之前已經獲取過還沒釋放而阻塞。
在Java中，ReentrantLock和synchronized都是可重入鎖，可重入鎖的還有一個優點是可一定程度避免死鎖。
public static void main(String[] args) {
doOne();
}
public static synchronized void doOne(){
System.out.println("執行第一個任務");
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 執行第二個任務
doTwo();
}
public static synchronized void doTwo(){
System.out.println("執行第二個任務");
}
簡單的測試下結果：
執行第一個任務
執行第二個任務
可以驗證得到，類中的兩個方法都是被內置鎖synchronized修飾的，而在doOne方法去調用doTwo方法時，因為是可重入鎖，所以同個線程下可以直接獲得當前對象鎖，所以synchronized是可重入鎖。
而如果我們自己在繼承AQS實現同步器的時候，沒有考慮到佔有鎖的線程再次獲取鎖的場景，可能就會導致線程阻塞，那這個就是一個非可重入鎖。
公平鎖和非公平鎖 ：
這裡的公平，可以按生活上來講，如果你跟你女朋友吵架，你覺得你是正確的，最後的結果卻你必須得哄你女朋友還得道歉，你信嗎？所以這是公平的嗎？
如果對一個鎖來說，先對鎖獲取請求的線程一定會先被滿足，後對鎖獲取請求的線程後被滿足，那這個鎖就是公平的。反之，那就是不公平的。
公平鎖：
多個線程按照申請鎖的順序來獲取鎖，線程直接進入隊列中排隊，隊列中的第一個線程才能獲得鎖。公平鎖的優點是等待鎖的線程不會餓死。
缺點是整體吞吐效率相對非公平鎖要低，等待隊列中除第一個線程以外的所有線程都會阻塞，CPU喚醒阻塞線程的開銷比非公平鎖大。
非公平鎖：
多個線程加鎖時直接嘗試獲取鎖，獲取不到才會到等待隊列的隊尾等待。但如果此時鎖剛好可用，那麼這個線程可以無需阻塞直接獲取到鎖，所以非公平鎖有可能出現後申請鎖的線程先獲取鎖的場景。
非公平鎖的優點是可以減少喚起線程的開銷，整體的吞吐效率高，因為線程有幾率不阻塞直接獲得鎖，CPU不必喚醒所有線程。缺點是處於等待隊列中的線程可能會餓死，或者等很久才會獲得鎖。
在Java中，對於ReentrantLock而言，可以通過構造函數指定該鎖是否是公平鎖，默認是非公平鎖。
獨享鎖和共享鎖：
對於獨享和共享，這兩個概念應該可以見名知意，對於MyGirl喜歡的東西，是碰都碰不得，而對於不喜歡，或者還可以的東西，可以和她共享。
獨享鎖：
也叫排他鎖，是指該鎖一次只能被一個線程所持有。如果線程B對變量A加上排它鎖後，則其他線程不能再對A加任何類型的鎖。獲得獨享鎖的線程即能讀數據又能修改數據。
在Java中，synchronized就是一種獨享鎖。
共享鎖：
代表該鎖可被多個線程所持有。如果線程B對變量A加上共享鎖後，則其他線程只能對A再加共享鎖，不能加排它鎖。獲得共享鎖的線程只能讀數據，不能修改數據。
小夥子不錯嘛！今天就到這裡，期待你明天的到來，希望能讓我繼續保持驚喜！
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