面试题答案
一键面试非重入锁对线程调度算法的影响
- 竞争时的线程状态变化：当Worker线程竞争非重入锁资源时，若锁已被占用，竞争失败的线程会从运行状态切换到阻塞状态。在JVM中，线程状态的切换涉及操作系统层面的上下文切换。这一过程需要保存当前线程的寄存器状态、程序计数器等信息，并恢复即将运行线程的相关信息，开销较大。
- 调度队列管理：竞争失败的线程会被放入等待队列。在JVM中，等待队列用于管理等待获取锁的线程。不同的JVM实现可能采用不同的数据结构来实现等待队列，如链表等。线程在等待队列中的顺序可能影响其再次获取锁的时机。例如，采用FIFO（先进先出）策略的等待队列，先进入队列的线程会优先有机会获取锁。
- 线程唤醒机制：持有锁的线程释放锁后，JVM会从等待队列中唤醒一个或多个线程。唤醒操作涉及将线程从阻塞状态转变为可运行状态，使其能够再次竞争CPU资源。但被唤醒的线程并不一定能立即获取锁，还需要与其他同时被唤醒或新进入竞争的线程再次竞争。
对系统整体性能的影响
- 吞吐量方面：
- 由于线程竞争锁时频繁的上下文切换，会消耗大量的CPU时间在保存和恢复线程状态上，实际用于执行用户代码的时间减少，从而降低了系统的吞吐量。
- 若等待队列管理不合理，可能导致某些线程长时间等待，无法及时获取锁执行任务，也会影响整体吞吐量。
- 响应时间方面：
- 对于需要获取锁的任务，由于竞争锁可能导致长时间等待，使得任务的响应时间变长。特别是在高并发场景下，竞争激烈，线程等待时间可能大幅增加，导致系统响应时间恶化。
- 若锁的持有时间较长，等待队列中的线程会不断积累，进一步延长新请求的响应时间。
JVM优化机制
- 偏向锁：JVM引入偏向锁机制。在大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得。偏向锁会偏向于第一个获得锁的线程，在后续运行过程中，持有偏向锁的线程再次获取锁时，无需进行CAS操作（比较并交换，一种原子操作，用于实现锁的竞争），从而减少了锁竞争带来的开销，提高了系统性能。
- 轻量级锁：当偏向锁升级为轻量级锁时，JVM采用自旋锁的方式。自旋锁是指当线程尝试获取锁时，如果锁已被占用，线程不会立即进入阻塞状态，而是在一定次数内循环尝试获取锁。这样可以避免线程频繁的上下文切换开销，若在自旋过程中成功获取到锁，则节省了线程阻塞和唤醒的开销，提高了系统性能。但如果自旋时间过长，自旋操作也会浪费CPU资源，此时自旋锁会升级为重量级锁。
- 锁粗化：JVM会检测到连续多次在同一个对象上进行加锁和解锁操作，会将多次锁操作扩展为一次范围更大的锁操作，减少锁的申请和释放次数，从而降低上下文切换开销，提高系统性能。
- 自适应自旋：JVM会根据以往自旋等待时是否能够成功获取锁的历史经验，动态调整自旋的时间或次数。如果在某个锁对象上自旋等待经常能够成功获取锁，那么下次自旋的时间会适当延长；反之，如果自旋等待很少能成功获取锁，自旋时间会缩短甚至直接省略自旋过程，避免浪费CPU资源，优化系统性能。