面试题：Java分布式系统中多线程编程之线程安全问题

Question

在Java分布式系统的多线程编程场景下，有一个共享资源，多个线程会对其进行读写操作。请描述如何使用同步机制来保证该共享资源的线程安全，至少列举两种方法，并阐述每种方法的优缺点。

Answer 1

方法一：Synchronized关键字

• 优点：
  • 简单易用：只需在方法或代码块前添加synchronized关键字，即可实现同步，对开发者友好，易于上手。
  • 内置语言支持：Java语言原生支持，无需额外引入第三方库。
• 缺点：
  • 性能问题：由于锁粒度较大，在高并发场景下，可能会导致大量线程竞争，从而降低系统性能。
  • 死锁风险：如果多个线程相互持有对方需要的锁，可能会产生死锁。
  • 灵活性差：一旦获取锁，只有持有锁的线程能执行同步代码块，其他线程只能等待，缺乏更细粒度的控制。

方法二：ReentrantLock

• 优点：
  • 锁的控制更灵活：可以实现公平锁和非公平锁，公平锁能保证线程获取锁的顺序，减少线程饥饿；还能在等待锁的过程中响应中断。
  • 锁的粒度可控制：支持锁的中断、超时获取锁等功能，可以根据业务需求灵活控制锁的获取与释放，提高并发性能。
• 缺点：
  • 复杂度较高：使用ReentrantLock需要手动获取和释放锁，若在代码中没有正确释放锁，可能会导致死锁或资源泄漏。
  • 学习成本较高：相比synchronized关键字，ReentrantLock提供了更多功能，但其使用方式也更加复杂，需要开发者深入理解其原理。

方法三：读写锁（ReadWriteLock）

• 优点：
  • 提高并发读性能：允许多个线程同时进行读操作，只有写操作时才需要独占锁，在读多写少的场景下，能显著提高系统并发性能。
  • 数据一致性保证：写操作时会独占锁，保证数据的一致性，在读操作频繁的分布式系统中非常适用。
• 缺点：
  • 实现复杂：需要区分读锁和写锁，对代码实现的要求较高，需要考虑更多的边界情况，如读写锁的获取顺序、锁升级与降级等。
  • 写操作可能饥饿：如果读操作非常频繁，写操作可能长时间无法获取到锁，导致写操作线程饥饿。