面試官超級喜歡問的CAS
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前言
自學(xué)了一年JAVA阿巴阿巴終于約到了面試，這次面試官讓她談?wù)剬AS的理解。
回去等通知
如果對CAS完全不了解的同學(xué)建議先去看看相關(guān)的博客了解了基本的原理，再來看面試的時(shí)候如何解答
面試官： 對CAS有了解嗎?可以講講嗎?
阿巴阿巴： 了解一些，CAS全稱Compare And Swap，也就是比較和交換。
阿巴阿巴： CAS的思想比較簡單，主要涉及到三個(gè)值：當(dāng)前內(nèi)存值V、預(yù)期值(舊的內(nèi)存值)O、即將更新的內(nèi)存值U,當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值O與當(dāng)前內(nèi)存值V相等時(shí)，將內(nèi)存值V修改為更新值U，并返回true，否則返回false。
面試官： 還有嘛?CAS的使用場景知道嗎?
阿巴阿巴： 額...應(yīng)該差不多了，CAS好像在并發(fā)包里使用到了。
面試官： 好，CAS有啥缺點(diǎn)嗎?
阿巴阿巴： 額....好..好像有個(gè)ABA的問題，好像是用AtomicStampedReference解決。
面試官： 還有其他缺點(diǎn)嗎?
阿巴阿巴： 額...記不太清了....
面試官： 行，那你這邊先回去等通知哈??
阿巴阿巴： 好的~
當(dāng)場發(fā)offer
面試官： CAS了解嗎?講講
阿巴阿巴： CAS全稱Compare and Swap，也就是比較和交換。
阿巴阿巴： CAS的思想比較簡單，主要涉及到三個(gè)值：當(dāng)前內(nèi)存值V、預(yù)期值(舊的內(nèi)存值)O、即將更新的內(nèi)存值U,當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值O與當(dāng)前內(nèi)存值V相等時(shí)，將內(nèi)存值V修改為更新值U，返回true，否則返回false。
阿巴阿巴： CAS主要使用在一些需要上鎖的場景充當(dāng)樂觀鎖解決方案，一般在一些簡單且要上鎖的操作但又不想引入鎖場景，這時(shí)候來使用CAS代替鎖。
阿巴阿巴： CAS主要涉及到三個(gè)問題：ABA問題、自旋帶來的消耗、CAS只能單變量
面試官： 可以詳細(xì)講一下這三個(gè)問題嗎?
阿巴阿巴： ABA問題是指有一個(gè)線程t1在進(jìn)行CAS操作時(shí)，其他線程t2將變量A改成了B，然后又將其改成A，這時(shí)候t1發(fā)現(xiàn)A并沒有改變，因此進(jìn)行了交換操作，由于在交換操作進(jìn)行前變量A其實(shí)是有變化的，只不過最終又修改回A了，此A非彼A，這時(shí)候進(jìn)行交換操作在一些業(yè)務(wù)場景下很可能要出問題，要解決ABA問題有2種方案。
阿巴阿巴： 方案一：在對變量進(jìn)行操作的時(shí)候給變量加一個(gè)版本號，每次對變量操作都將版本號加1，常見在數(shù)據(jù)庫的樂觀鎖中可見。
阿巴阿巴： 方案二：Java提供了相應(yīng)的原子引用類AtomicStampedReference，它通過包裝[E,Integer]的元組來對對象標(biāo)記版本戳stamp，從而避免ABA問題。
阿巴阿巴： 自旋帶來的消耗CAS自旋如果很長時(shí)間都不成功，這會(huì)給CPU帶來很大的開銷
阿巴阿巴： 解決方案：1、代碼層面破壞掉for循環(huán)，設(shè)置合適的循環(huán)次數(shù)。2、使用JVM能支持處理器提供的pause指令來提升效率，它可以延遲流水線執(zhí)行指令，避免消耗過多CPU資源。
阿巴阿巴： CAS只能單變量對于一個(gè)共享變量，可以使用CAS方式來保證原子操作，但是當(dāng)多個(gè)共享變量時(shí)，那就無法使用CAS來保證原子性。JDK1.5開始，提供了AtomicReference類來保證引用對象之前的原子性，就可以把多個(gè)變量放在一個(gè)對象里來進(jìn)行CAS操作。
阿巴阿巴： 在JDK1.5中新增的java.util.concurrent(JUC),就是建立在CAS之上的，一般來說CAS這種樂觀鎖適合讀多寫少的場景。
面試官見阿巴阿巴對答如流，決定為難一下她。
面試官： 了解JMM嗎，講一下JMM。
阿巴阿巴： 知道一些，JMM是JAVA內(nèi)存模型(JAVA Memory Model)，目的是為了屏蔽各種硬件和操作系統(tǒng)之間的內(nèi)存訪問差異，從而讓JAVA程序在各種平臺對內(nèi)存的訪問一致。
阿巴阿巴： 不僅如此，JMM還規(guī)定了所有的變量都存儲(chǔ)在主存中，每個(gè)線程都有自己獨(dú)立的工作空間，線程對變量的操作必須先從主存中讀取到自己的工作內(nèi)存中然后再進(jìn)行操作，最后回寫回主存。
阿巴阿巴： 關(guān)于主存和工作內(nèi)存的交互JAVA定義了八種操作來完成，且這些操作都是原子性的：lock、unlock、read、load、use、assign、store、write。
面試官： 不錯(cuò)不錯(cuò)，那JMM是真實(shí)存在的嘛，和JVM內(nèi)存模型(JAVA 虛擬機(jī)內(nèi)存模型)是一樣的嘛?
阿巴阿巴： 不是真實(shí)存在的，JMM講的也只是一種模型，真實(shí)的實(shí)現(xiàn)可能還是和模型會(huì)有差異的。JMM和JVM是不一樣的，它們并不是同一個(gè)層次的劃分，基本上沒啥關(guān)系。
堆和方法區(qū)是線程共享的，虛擬機(jī)棧、本地方法棧、程序計(jì)數(shù)器是線程私有的。
程序計(jì)數(shù)器是這幾塊區(qū)域唯一一個(gè)不會(huì)發(fā)生OOM的區(qū)域。
面試官： 理解的還不錯(cuò)嘛，那你講講Volatile關(guān)鍵字唄。
阿巴阿巴： Volatile可以說是JAVA虛擬機(jī)提供的最輕量級的同步機(jī)制，當(dāng)一個(gè)變量被定義為volatile后，它將具備倆種特性，第一個(gè)是保證此變量對所有線程的可見性，即當(dāng)一個(gè)線程改變了這個(gè)變量的值后，其他線程能夠立即感知的到，雖然具有可見性，但是多線程在并發(fā)情況下對volatile修飾的變量進(jìn)行操作時(shí)是會(huì)有線程安全性的問題的。這是因?yàn)関olatile修飾的變量在各個(gè)線程工作內(nèi)存中是不存在一致性的，但是由于每次使用都要進(jìn)行刷新，導(dǎo)致執(zhí)行引擎看不到不一致的情況。
阿巴阿巴： Volatile修飾的變量的第二個(gè)特性是禁止指令重排序優(yōu)化，普通的變量僅僅會(huì)保證在該方法的執(zhí)行過程中所有依賴的賦值結(jié)果的地方都能夠獲取到正確的結(jié)果。而不能保證賦值的順序和代碼中的書寫順序一致。例如下面的DCL的單例模式。
- public class instance {
- private String str = "";
- private volatile static instance ins = null;
- /**
- * 構(gòu)造方法私有化
- */
- private instance(){
- str = "hi";
- }
- /**
- * DCL獲取單例
- * @return
- */
- public static instance getinstance(){
- if (ins == null){
- synchronized (instance.class){
- if (ins == null){
- ins = new instance();
- }
- }
- }
- return ins;
- }
- }
阿巴阿巴： 如果上面ins變量不使用volatile變量進(jìn)行修飾，那么當(dāng)線程A在獲取了instance.class鎖后，對ins變量進(jìn)行 ins = new instance() 初始化時(shí)，由于這是很多條指令，jvm可能會(huì)亂序執(zhí)行。這個(gè)時(shí)候如果線程B在執(zhí)行if (ins == null)時(shí)，正常情況下，如果為true，說明需要獲取instance.class鎖，等待初始化。但是這時(shí)候，假設(shè)線程A再?zèng)]有對ins進(jìn)行初始化完，比如只分配了空間，對象還沒構(gòu)造完，但是已經(jīng)將引用返回了，這樣線程B得到的就是一個(gè)未能實(shí)例化完全的對象，從而發(fā)生異常。而加了volatile關(guān)鍵字后，如果實(shí)例還未初始化完成，那么它的引用是不會(huì)向外發(fā)布的，這樣即可避免異常的發(fā)生。
面試官： 不錯(cuò)，你這塊都掌握的挺扎實(shí)的，明天可以來上班了。
阿巴阿巴： 好的??
