面试题：Java多线程下资源竞争产生的原因及常见解决办法

Question

在Java多线程编程中，资源竞争是一个常见问题。请阐述资源竞争产生的原因，并列举至少两种常见的解决办法，同时简要说明每种办法的原理。

Answer 1

资源竞争产生的原因

在Java多线程编程中，当多个线程同时访问和修改共享资源时，就会产生资源竞争。这是因为线程的执行是抢占式的，不同线程对共享资源的操作顺序不可预测，可能导致数据不一致、结果错误等问题。

常见解决办法及原理

1. 同步块（Synchronized Block）
   • 原理：通过synchronized关键字修饰代码块，在同一时间只有一个线程能够进入该同步块，从而保证对共享资源的操作是线程安全的。每个对象都有一个监视器锁（monitor），当线程进入同步块时，会获取对象的监视器锁，执行完同步块代码后释放锁，其他线程才能获取锁并进入同步块。
2. 锁（Lock）接口
   • 原理：java.util.concurrent.locks.Lock接口提供了比synchronized更灵活的锁机制。例如ReentrantLock，它可以实现可重入的互斥锁。线程通过调用lock()方法获取锁，获取成功后才能执行临界区代码，执行完毕后调用unlock()方法释放锁，其他线程才有机会获取锁。与synchronized不同，Lock接口允许更细粒度的控制，如尝试获取锁、定时获取锁等。
3. 原子类（Atomic Classes）
   • 原理：java.util.concurrent.atomic包中的原子类，如AtomicInteger、AtomicLong等，利用硬件级别的原子操作保证对数据的操作是原子性的，即不可分割。这些类使用了CAS（Compare - and - Swap）算法，在不使用锁的情况下实现线程安全的操作。CAS操作包含三个操作数：内存位置（V）、预期原值（A）和新值（B）。如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值。否则，处理器不做任何操作。通过不断重试，直到操作成功。