面试题：Java多线程条件变量与性能优化及死锁防范

设计思路

资源池数据结构：使用一个LinkedList来存储可用资源，int变量记录资源总数。
锁机制：采用ReentrantLock作为同步锁，它支持公平与非公平模式，这里选择非公平模式以提高性能，因为公平模式会导致线程频繁切换。
条件变量：通过Condition实现线程的等待与唤醒机制。当资源池为空时，获取资源的线程进入等待状态；当有资源释放时，唤醒等待的线程。

核心代码实现

import java.util.LinkedList;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ResourcePool {
    private final LinkedList<Object> resources;
    private final int maxResources;
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(false);
    private final Condition available = lock.newCondition();

    public ResourcePool(int maxResources) {
        this.resources = new LinkedList<>();
        this.maxResources = maxResources;
        for (int i = 0; i < maxResources; i++) {
            resources.add(new Object());
        }
    }

    public Object acquire() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (resources.isEmpty()) {
                available.await();
            }
            return resources.removeFirst();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void release(Object resource) {
        lock.lock();
        try {
            if (resources.size() < maxResources) {
                resources.addLast(resource);
                available.signal();
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

性能优化措施及原理

非公平锁：ReentrantLock默认采用非公平模式，它在锁可用时，允许等待队列中的线程和新请求的线程竞争锁，减少线程上下文切换开销。因为公平锁会严格按照线程等待顺序分配锁，可能导致新请求线程需要等待较长时间，增加了不必要的上下文切换。
使用while循环等待：在acquire方法中，使用while (resources.isEmpty())循环等待，而不是if。这是因为await方法可能会因为虚假唤醒（spurious wakeup）而返回，使用while循环可以确保在资源真正可用时才继续执行，避免无效的资源获取尝试，提高性能。

死锁防范措施及原理

正确的锁获取与释放顺序：在acquire和release方法中，都严格遵循先获取锁，操作完成后再释放锁的顺序。避免在持有锁的情况下调用可能会阻塞的方法（如await）而不释放锁，从而防止死锁。
单一锁控制：整个资源池使用一个ReentrantLock进行同步控制，避免了多个锁交叉使用可能导致的死锁情况。如果使用多个锁，不同线程可能以不同顺序获取锁，容易形成死锁环。

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面试题：Java多线程条件变量与性能优化及死锁防范

知识考点

面试题答案

设计思路

核心代码实现

性能优化措施及原理

死锁防范措施及原理