从写一个单例开始究竟能问多深及终极解决方案

ddatsh

写一个线程安全的单例模式的例子

线程安全的实现有很多种，根据业务场景可以new一个实例作为私有静态成员变量，这样程序一启动，实例就生成，私有化构造函数，利用公用的静态函数getInstance返回实例

这种预加载的是能保证线程安全的但是如果不是确定会被使用，会造成内存的浪费，所以可以将实例放到私有静态类中作为成员变量

写一种利用锁机制来保证的懒加载方法

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton singleton;  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getSingleton() {  
    if (singleton == null) {  
        synchronized (Singleton.class) {  
        if (singleton == null) {  
            singleton = new Singleton();  
        }  
        }  
    }  
    return singleton;  
    }  
}

从这个例子上我能想到的知识点主要有三个

• volatile 关键字，可深入到Java VM内存相关
• synchronized 关键字，可深入到Java锁机制，高并发相关
• new 关键字，可深入到Java VM类加载机制相关

是否真的理解自己写的代码

• 这个程序是怎么保证线程安全的？

将类的构造方法私有起来，外部调用进行初始化的时候只能通过调用getSingleton这个静态方法来获得实例，静态方法是整个Java虚拟机中只有一个实例

在创建的时候首先进行非空判断，这时候如果实例不存在，对整个类进行加锁同步，为了避免过程中非空状态的改变，同步块内再进行一次判断，如果不存在实例则创建实例返回

使用volatile关键字，下次访问这个方法就能直接看到实例的最新非空状态，直接返回实例

• volatile 起到了什么作用？

  用在多线程中来同步变量

  Java对象在堆中分配空间。但Java有主内存和线程自己独有的内存拷贝

  没有volatile修饰的局部变量，线程运行中访问工作内存中的变量值，修改对于主内存不是立即可见

  而volatile修饰的值在线程独有的工作内存中无副本，线程直接和主内存交互，修改对主内存立即可见

• synchronized起到了什么作用？

  锁定对象，限制当前对象只能被一个线程访问

• synchronized里你传Singleton.class这个参数，起到什么作用，换成别的行不行？

  对当前类加锁，使得这个代码块一次只能被一个线程访问。这里Singleton.class可以换成一个常量字符串或者自己定义一个内部静态Object

• 那传Singleton.class，常量字符串，自己定义一个内部静态Object有区别吗？

  因为这是一个静态方法，相当于一个概念上的类锁，所以在这里起到的效果是一样的

  但是如果是原型模式，或者直接每个类都是new出来的，实例不同的话，在一个非静态方法里加这三种锁，这时是一个对象锁，因为Singleton.class或者是静态的一个Object或者是JVM只存一份的字符串常量，这些对象线程间是共享的，会对所有的实例的同步块都加同一把锁，每个实例访问到此对象的同步代码块都会被阻塞

  但是如果这时synchronized的参数是this，或者是内部new出来的一个内部非静态Object，则各个实例拥有不同的锁，访问同一个代码相同同步块也是互不干扰。只有实例内部使用了同一个对象锁才会同步等待

• synchronized关键字实现同步的原理

  Java虚拟机中用监视器锁来实现

  每个对象都有一个监视器锁，当监视器锁被占用时就会处于锁定状态

  ​

  线程执行一条叫monitorenter的指令来获取监视器锁的所有权。如果此监视器锁的进入数为0，则线程进入并将进入数设置为1，成为线程所有者

  如果线程已经拥有该锁，因为是可重入锁，可以重新进入，则进入数加1.如果线程的监视器锁被其他线程占用，则阻塞直到此监视器锁的进入数为0时才能进入该锁

  线程执行一条叫monitorexit的指令来释放所有权。执行monitorexit的必须是线程的所有者。每次执行此指令，线程进入数减1，直到进入数为0。监视器锁被释放

• 可重入锁是什么概念，有不可重入锁吗？

  jdk1.5引入了concurrent包，里面有Lock接口，它有一个实现叫ReentrantLock

  广义的可重入锁也叫递归锁，是指同一线程外层函数获得锁之后，内层还可以再次获得此锁

  可重入锁的设计是为了避免死锁

  sun的corba里的mutex互斥锁是一种不可重入锁的实现

  自旋锁也是一种不可重入锁，本质上是一种忙等锁，CPU一直循环执行"测试并设置"直到可用并取得该锁，在递归的调用该锁时必然会引起死锁

  另外，如果锁占用时间较长，自旋锁会过多的占用CPU资源，这时使用基于睡眠原理来实现的锁更加合适

• concurrent包，它里面有哪些锁的实现？

  常用的有ReentrantLock,它是一种独占锁。ReadWriteLock接口也是一个锁接口，和Lock接口是一种关联关系，它返回一个只读的Lock和只写的Lock。读写分离，在没有写锁的情况下，读锁是无阻塞的，提高了执行效率，它是一种共享锁。ReadWriteLock的实现类为ReentrantReadWriteLock。ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock实现都依赖于AbstractQueuedSynchronizer这种抽象队列同步器

• 锁还有其他维度的分类吗？

  还可以分为公平锁和非公平锁

  非公平锁是如果一个线程尝试获取锁时可以获取锁，就直接成功获取。公平锁则在锁被释放后将锁分配给等待队列队首的线程

• AQS是什么？

  一个简单的框架，这个框架为同步状态的原子性管理，线程的阻塞和非阻塞以及排队提供了一种通用机制

  表现为一个同步器，主要支持获取锁和释放锁。获取锁的时候如果是独占锁就有可能阻塞，如果是共享锁就有可能失败。如果是阻塞，线程就要进入阻塞队列，当状态变成可获得锁就修改状态，已进入阻塞队列的要从阻塞队列中移除。释放锁时修改状态位及唤醒其他被阻塞的线程

  AQS本质是采用CHL模型完成了一个先进先出的队列。对于入队，采用CAS操作，每次比较尾节点是否一致，然后插入到尾节点中。对于出队列，因为每个节点缓存了一个状态位，不满足条件时自旋等待，直到满足条件时将头节点设置为下一个节点

• AWS 队列的数据结构

  双向链表

• AQS是一种通用机制，那它还有哪些应用?

  可重入锁ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock之外，还用于不可重入锁Mutex的实现

  java并发包中的同步器如：Semphore,CountDownLatch,FutureTask,CyclicBarrier都是采用这个机制实现的

通过new对象创建出来的，还可不可以采用别的方法来创建对象

class类的newInstance方法，Constructor构造器类的newInstance方法，克隆方法和反序列法方法

类加载的时候，自己定义了一个类和java自己的类类名和命名空间都一样，JVM加载的是哪一个呢？

调用的是java自身的，根据双亲委派模型，最委派Bootstrap的ClassLoader来加载，找不到才去使用Extension的ClassLoader，还找不到才去用Application的ClassLoader，这种机制利于保证JVM的安全

java的反射机制是什么概念？

在运行状态中，对于任何一个类，都能够知道它所有的属性和方法

对于任何一个对象，都能够调用它的任何一个方法和属性。这种动态的获取信息和动态调用对象的方法的功能就是java的反射机制。它是jdk动态代理的实现方法

其他的动态代理实现？

还有cglib动态代理

两种动态代理哪个比较好呢？

spring AOP 同时使用了这两种动态代理，因为他们各有优劣

jdk动态代理是利用java内部的反射机制来实现，在生成类的过程中比较高效

cglib动态代理则是借助asm来实现，可以利用asm将生成的类进行缓存，所以在类生成之后的相关执行过程中比较高效

但是jdk的动态代理前提是目标类必须基于统一的接口，所以有一定的局限性