一、什么是Java中的同步（Synchronization）和死锁（Deadlock）？
在Java中，同步（Synchronization）和死锁（Deadlock）是并发编程中的两个重要概念。它们分别涉及到线程之间的协调与竞争，以及潜在的线程阻塞问题。
同步（Synchronization）
同步是一种机制，用于确保多个线程在访问共享资源时不会发生冲突，从而保持数据的一致性和完整性。Java中，同步通常通过以下几种方式实现：
-
synchronized关键字：
- 同步实例方法：在方法声明中使用
synchronized关键字。当一个线程访问该方法时，其他线程必须等待，直到该方法执行完毕。public synchronized void method() { // 方法体 } - 同步静态方法：在静态方法声明中使用
synchronized关键字。同步静态方法锁的是类对象，而不是实例对象。public static synchronized void staticMethod() { // 方法体 } - 同步代码块：使用
synchronized关键字对代码块进行同步，可以指定一个锁对象。public void method() { synchronized(lockObject) { // 代码块 } }
- 同步实例方法：在方法声明中使用
-
显式锁（Explicit Lock）：
- Java的
java.util.concurrent.locks包提供了显式锁机制，如ReentrantLock，它提供了比synchronized更灵活的锁定机制。ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); lock.lock(); try { // 临界区代码 } finally { lock.unlock(); }
- Java的
死锁（Deadlock）
死锁是指两个或多个线程相互等待对方持有的资源，从而导致所有相关线程都无法继续执行的一种状态。死锁通常发生在以下情况：
- 互斥条件：至少有一个资源必须是非共享的（只能被一个线程持有）。
- 占有并等待：一个线程持有至少一个资源，并等待获取另一个资源，而这个资源被其他线程持有。
- 不可抢占：资源不能被抢占，即资源只能由持有它的线程显式释放。
- 循环等待：存在一个线程资源的循环等待链，即线程1等待线程2持有的资源，线程2等待线程3持有的资源，以此类推，直到线程n等待线程1持有的资源。
示例：
public class DeadlockExample {
private static final Object lock1 = new Object();
private static final Object lock2 = new Object();
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
synchronized (lock1) {
System.out.println("Thread 1: Holding lock 1...");
// Simulate long-running task
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
System.out.println("Thread 1: Waiting for lock 2...");
synchronized (lock2) {
System.out.println("Thread 1: Holding lock 1 & 2...");
}
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
synchronized (lock2) {
System.out.println("Thread 2: Holding lock 2...");
// Simulate long-running task
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
System.out.println("Thread 2: Waiting for lock 1...");
synchronized (lock1) {
System.out.println("Thread 2: Holding lock 2 & 1...");
}
}
});
t1.start();
t2.start();
}
}
在这个例子中，线程1持有lock1并等待lock2，而线程2持有lock2并等待lock1，这就形成了一个循环等待，导致死锁。
解决死锁的方法
- 资源排序：确保所有线程以相同的顺序请求资源。
- 尝试锁定：使用尝试锁定的方法（如
tryLock），如果获取不到锁则放弃或稍后重试。 - 超时锁定：设置锁定超时，如果无法在指定时间内获取锁，则放弃。
- 使用高级并发工具：如
Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier等，它们提供了更高级的同步机制，有助于避免死锁。
通过理解并正确应用同步和避免死锁的策略，可以更有效地管理Java并发程序中的线程和资源。
二、解释一下Java中的volatile关键字及其作用。
在Java中，volatile关键字用于确保变量的可见性（visibility）以及禁止指令重排序（instruction reordering）优化，但它并不保证原子性（atomicity）。这意味着，虽然volatile变量能够确保一个线程对变量的修改能够及时地被其他线程看到，但它不能保证复合操作（如i++或a = b + c）的原子执行。
可见性（Visibility）
在没有volatile修饰的情况下，当一个线程修改了共享变量的值，其他线程可能并不会立即看到这个更新。这是因为Java虚拟机（JVM）和Java内存模型（JMM）允许线程在本地缓存变量的副本，而不是直接从主内存中读取。这种优化可以提高性能，但在多线程环境下可能导致数据不一致。
volatile关键字通过禁止这种缓存优化，确保每次对volatile变量的读写都直接发生在主内存中，从而保证了变量修改的可见性。
禁止指令重排序
在编译和执行过程中，JVM和Java编译器可能会对指令进行重排序以优化性能。然而，这种重排序在单线程环境下是安全的，但在多线程环境下可能导致未定义行为。
volatile关键字通过创建一个“变量被使用时的前后关系约束”，来禁止可能改变变量值的指令与volatile变量的读写指令之间的重排序。这有助于确保在多线程环境下，程序的行为更加符合预期。
不保证原子性
尽管volatile关键字提供了可见性和禁止指令重排序的保证，但它并不保证对volatile变量的复合操作是原子的。例如，对于i++这样的操作，它实际上是一个读取-修改-写入的过程，即使i被声明为volatile，这个操作也不是原子的。这意味着，如果多个线程同时执行i++操作，可能会导致最终的结果不正确。
使用场景
- 状态标志：当多个线程需要共享一个状态标志，并且这个标志的更新和检查操作是原子的（例如，使用
boolean类型的标志），那么可以使用volatile。 - 独立观察变量：如果一个变量的值依赖于其他变量的值，并且这些依赖关系不会导致不一致的结果（例如，一个线程更新了一个
volatile变量，而另一个线程只是读取这个变量），那么可以使用volatile。
然而，对于需要原子性保证的操作，应该使用java.util.concurrent.atomic包中的原子变量类（如AtomicInteger、AtomicLong等），或者使用同步机制（如synchronized关键字或ReentrantLock）。
总之，volatile关键字在Java并发编程中是一个有用的工具，但它有其特定的使用场景和限制。正确地理解和使用volatile可以帮助开发者编写更高效、更可靠的并发程序。
