面试题答案
一键面试1. 互斥锁（Mutex）
- 性能影响：
- 优点：互斥锁是最基本的锁类型，实现简单，能有效保证同一时间只有一个线程访问共享资源，避免数据竞争。
- 缺点：在高并发场景下，如果有大量线程频繁竞争互斥锁，会导致严重的线程上下文切换开销。因为每次只有一个线程能获取到锁，其他线程只能等待，这会使 CPU 利用率降低，程序性能下降。
- 优化策略：
- 减少锁粒度：将大的共享资源分割成多个小的部分，每个部分使用单独的互斥锁。这样不同线程可以同时访问不同部分的资源，减少锁竞争。例如，在一个包含多个字段的结构体中，如果每个字段相对独立，可以为每个字段设置单独的互斥锁。
- 缩短锁持有时间：尽量将非必要的操作移出临界区，在获取锁之前完成尽可能多的计算和准备工作，获取锁后尽快完成对共享资源的操作并释放锁。
2. 读写锁（Read - Write Lock）
- 性能影响：
- 优点：读写锁区分了读操作和写操作。允许多个线程同时进行读操作，因为读操作不会修改共享资源，不会产生数据竞争。只有写操作时才需要独占锁，这在读多写少的场景下能显著提高并发性能。
- 缺点：如果写操作频繁，写操作会阻塞读操作，导致读操作等待。而且读写锁的实现相对复杂，会有一定的额外开销。同时，读写锁的公平性问题如果处理不好，可能导致某些线程长时间等待。
- 优化策略：
- 调整读写优先级：根据实际应用场景，合理调整读写锁的优先级。例如，在一些对数据实时性要求较高的场景中，可以适当提高写操作的优先级，防止写操作长时间等待。
- 采用读写分离架构：在系统架构层面，将读操作和写操作分发到不同的服务器或模块处理。比如使用主从数据库架构，主库负责写操作，从库负责读操作，减少锁竞争。
3. 自旋锁（Spin Lock）
- 性能影响：
- 优点：自旋锁不会使线程进入睡眠状态，而是在原地不断尝试获取锁。如果锁的持有时间很短，线程自旋等待锁的时间比上下文切换的时间短，那么自旋锁能避免线程上下文切换开销，提高性能。
- 缺点：如果锁的持有时间较长，自旋的线程会一直占用 CPU 资源，导致 CPU 利用率升高，浪费 CPU 资源，影响其他线程的执行。
- 优化策略：
- 设置合理的自旋次数：根据系统负载和锁的预期持有时间，设置合适的自旋次数。如果自旋次数太少，可能无法获取到锁就放弃自旋，达不到优化效果；如果自旋次数太多，会浪费过多 CPU 资源。可以通过实验和监控来确定最优的自旋次数。
- 自适应自旋：自旋的时间不再固定，而是根据前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来调整下一次自旋的时间。例如，如果前一次自旋很快就获取到了锁，那么下一次自旋可以适当增加自旋次数；如果前一次自旋很长时间都没获取到锁，那么下一次自旋可以减少自旋次数。
4. 信号量（Semaphore）
- 性能影响：
- 优点：信号量可以控制同时访问共享资源的线程数量。通过设置信号量的初始值，可以灵活地限制并发访问的程度。在需要限制资源使用数量的场景中非常有用，例如数据库连接池，限制同时使用的连接数。
- 缺点：如果信号量初始值设置不合理，可能导致资源利用率不高或并发性能低下。同时，信号量的操作也会带来一定的系统开销。
- 优化策略：
- 动态调整信号量初始值：根据系统运行时的负载情况，动态调整信号量的初始值。例如，在系统负载较低时，适当增加信号量的值，提高并发度；在系统负载较高时，减少信号量的值，防止资源过度竞争。
- 使用计数信号量优化资源管理：利用计数信号量精确控制资源的分配和回收，避免资源浪费和过度使用。例如，在一个任务队列中，使用信号量来表示任务槽位，当有任务进入队列时，获取信号量（槽位减 1），任务完成时释放信号量（槽位加 1）。