面试题答案
一键面试实现原理差异
- 传统锁机制：
- synchronized：这是Java的内置关键字，它基于JVM实现。在对象头中，有一部分用于记录锁的状态信息，如偏向锁、轻量级锁和重量级锁。当线程获取锁时，会根据当前锁状态和竞争情况，执行相应的获取锁和释放锁逻辑。例如，当多个线程竞争锁时，会升级为重量级锁，通过操作系统的互斥量（Mutex）来实现线程间的同步。
- ReentrantLock：基于AQS（AbstractQueuedSynchronizer）框架实现。AQS使用一个FIFO队列来管理等待获取锁的线程。线程尝试获取锁时，如果锁不可用，会被封装成Node加入到队列尾部。当持有锁的线程释放锁时，会从队列头部唤醒一个等待线程。它还支持公平锁和非公平锁，公平锁按照线程等待的顺序获取锁，非公平锁则允许新线程在一定条件下优先获取锁。
- ConcurrentLinkedQueue无锁机制：
- 基于链表结构实现，采用CAS（Compare - And - Swap）操作。CAS操作包含三个操作数：内存位置（V）、预期原值（A）和新值（B）。只有当内存位置V的值与预期原值A相等时，才会将内存位置V的值更新为新值B。在ConcurrentLinkedQueue中，入队和出队操作通过不断尝试使用CAS操作来更新链表的指针，从而实现无锁的并发操作。例如，在入队时，先定位到链表的尾节点，然后使用CAS操作将尾节点的next指针指向新节点，并更新尾节点。
性能差异
- 传统锁机制：
- synchronized：在竞争激烈时，由于频繁的线程上下文切换和锁升级，性能会急剧下降。偏向锁和轻量级锁虽然在一定程度上减少了锁竞争开销，但在高并发下，重量级锁的性能瓶颈明显。
- ReentrantLock：相比synchronized，它在高并发场景下性能更好，因为可以通过设置公平性和灵活的锁获取、释放策略。然而，它仍然需要线程获取和释放锁，存在一定的线程上下文切换开销。
- ConcurrentLinkedQueue无锁机制：
- 由于避免了锁竞争和线程上下文切换，在高并发场景下，尤其是读多写少的场景，性能通常优于传统锁机制。CAS操作是一种乐观的并发控制方式，只有在更新失败时才会重试，减少了线程等待时间。
适用场景差异
- 传统锁机制：
- synchronized：适用于简单的同步场景，代码量少，对性能要求不是特别高的情况。例如，在一个单例模式的双重检查锁实现中，可以使用synchronized关键字来确保线程安全的实例化。
- ReentrantLock：适用于需要更灵活锁控制的场景，如需要公平锁、可中断锁获取、锁超时等功能。例如，在一个资源池的实现中，需要控制资源的分配顺序，可以使用公平的ReentrantLock。
- ConcurrentLinkedQueue无锁机制：
- 适用于高并发、读多写少且需要无锁并发操作的场景。例如，在一个分布式系统的消息队列中，生产者和消费者需要高效地并发操作队列，且对数据一致性要求不是特别严格（因为无锁操作可能存在一定的ABA问题，但在大多数场景下不影响使用），ConcurrentLinkedQueue是一个很好的选择。
复杂业务场景举例及原因
- 场景：在一个实时数据处理系统中，有多个数据源不断产生数据，这些数据需要被快速收集并传递给不同的处理模块进行实时分析。每个数据源是一个独立的线程，处理模块也是多线程的。
- 选择ConcurrentLinkedQueue的原因：
- 高并发性能：多个数据源线程同时向队列中添加数据，处理模块线程同时从队列中取出数据，这种高并发场景下，ConcurrentLinkedQueue的无锁机制能够避免锁竞争带来的性能开销，提高数据处理的吞吐量。
- 无锁操作：避免了传统锁机制可能产生的死锁问题。在复杂的多线程环境中，死锁排查和解决成本很高，而无锁的ConcurrentLinkedQueue不存在死锁风险。
- 数据一致性要求适度：虽然无锁操作可能存在ABA问题，但在实时数据处理场景中，只要数据大致的顺序和完整性能够保证，偶尔的ABA问题不会影响整体的分析结果。例如，在一些实时监控数据的处理中，主要关注数据的趋势和大致的统计信息，对个别数据的微小不一致性可以容忍。