《面试1v1》CAS

news2025/1/13 3:31:48

我是 javapub，一名 Markdown 程序员从👨‍💻，八股文种子选手。

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面试官：上个面试官对你的基础有了一定了解，听说你小子很不错！下面我们聊点有深度的。

面试官：简单介绍下 CAS 你了解什么?

候选人： CAS是Compare And Swap的缩写,中文意思是比较与交换。它是一条 CPU 的原子指令,用于比较内存某个位置的值是否为预期值,如果是则更改为新的值。这一整个过程是原子的,也就是说它是线程安全的。

面试官： CAS 的用处是什么?

候选人： CAS 主要用于实现非阻塞算法。常见的使用场景有:

实现原子操作:像 Java 的 AtomicInteger,它使用 CAS 来原子更新变量值。

// AtomicInteger 中 CAS 的运用
private volatile int value;
public final int getAndIncrement() {
    int next;
    do {
        next = get();
    } while (!compareAndSet(next, next + 1));
    return next; 
}

实现锁的非阻塞式获取:像乐观锁。先假设可以获取锁,如果获取失败了再判断是否需要阻塞。
实现非阻塞的数据结构:像 ConcurrentLinkedQueue。使用 CAS 来实现链表节点的非阻塞追加等操作。
实现线程调度:像 Swing 里的 EDT(事件调度线程),通过 CAS 来实现对事件调度状态的修改。

面试官：说说 CAS 的 ABA 问题?

候选人： CAS 操作包含三个操作数:内存位置(V)、旧的预期值(A)和新值(B)。如果当 CAS 操作开始时,V的确为A,但在 CAS 比较V和A之后,V的值变为了其他值,然后又变回A,就会产生ABA问题。
因为 CAS 操作只会在预期值A和当前值相同时更改为新值B,这时已经错失了一次更改的机会。
ABA 导致的问题是,当一个值原来是X,后来变成了Y,然后又变回X的时候,使用CAS进行检查时会发现它的值没有变化,但实际上却变动过了。这可能会对逻辑产生意料之外的影响。
常见的解决ABA问题的方法是使用版本号或者时间戳。在变量前面追加版本号version,每次变量更新的时候把version++,那么A-B-A 就会变成 1A-2B-3A,CAS 操作进行检查时就可以发现版本号不同,从而避免ABA问题。

面试官：不错,CAS 是Java并发编程的基础之一,也是很重要的内容。能解释清楚CAS的ABA问题,且知道解决方法,未来会对并发编程有很大帮助。

候选人： 是的,CAS 是实现Java并发编程的基础工具之一,理解透彻CAS和ABA问题,对后续学习各种并发工具和框架,乃至设计并发系统会非常有帮助。我会继续深入学习CAS相关内容,了解更多实践应用的案例,并在项目中运用的更加娴熟。
谢谢面试官的提问,让我对CAS和ABA问题有了更全面和深入的认识,这些知识点确实对并发编程来说是基础中的基础。我一定会继续加深理解的!

面试官：乐观锁和悲观锁了解吗?有什么区别?

候选人： 乐观锁和悲观锁是两种不同的锁机制:
悲观锁:总是假设会发生并发冲突,屏蔽一切可能违反数据完整性的操作。如synchronized关键词加在方法或者代码块上,会对该段代码采取排他锁,不允许其他线程同时执行。
乐观锁:假设不会发生并发冲突,只在提交操作时检查是否违反数据完整性。如果校验失败,就重试整个读取-修改-提交操作。典型的如CAS算法采用乐观锁。
两者主要区别在于对并发冲突的态度:

悲观锁试图防止并发冲突,乐观锁则容忍并发冲突,并在发生冲突时重试。
悲观锁会导致性能下降,因为任何时候只能有一个线程访问数据。而乐观锁可以让多个线程同时访问数据,只有在提交更新时才会检查并发冲突,所以性能更好。
悲观锁一般由同步机制实现,开销更大。而乐观锁由CAS这样的原子操作实现,开销更小。
所以,总体来说:
读次数多、更新次数少,且更新不需要很强一致性的用乐观锁。
更新频繁,需要强一致性的用悲观锁。
两者也可以结合使用,先乐观锁重试几次,再悲观锁。

面试官：你说的很详细,那你在项目中用过这两种锁吗?遇到什么问题?

候选人： 在项目中,我使用过synchronized作为悲观锁,和CAS + 版本号作为乐观锁。
使用synchronized时,由于锁定粒度太大,导致性能下降比较严重。后来在一些只读的方法上使用可重入锁ReentrantReadWriteLock,采用其读锁来提高并发度,性能得以提高。
使用CAS + 版本号时,由于业务的复杂性,导致版本号更新并不完全正确,产生过ABA问题。像在链表的删除操作,如果删除节点时版本号没有同步更新,这时线程B利用CAS把节点从A改成C,就产生了ABA问题,这时需要额外采取其他措施解决,比较棘手。
所以,总结来说使用锁机制时,需要考虑: