第 08 期：线程、锁与调度——为什么会卡？怎么解决？
1）面试常问的问题
- Java 的线程和操作系统的线程是什么关系？
- 什么是“内核态”和“用户态”？为什么切换它们会慢？
synchronized的锁为什么会从“偏向”变成“轻量级”，最后变成“重量级”？- 线程切换为什么贵？怎么减少？
2）先搞清楚问题本质
想象一下：
- 线程就像餐厅里的服务员，每个服务员可以同时处理一桌客人。
- 锁就像厨房的“唯一菜刀”，谁拿到刀才能切菜，避免两个人同时切乱了。
- 调度就像经理安排哪个服务员先上哪桌。
约束条件：
- 多核 CPU = 多个灶台，可以并行做菜。
- 每个线程要抢资源（临界区），不能乱抢。
- 系统希望响应快，不要让客人等太久。
成本在哪里？
- 上下文切换：服务员换桌子，要带上自己的笔记（寄存器、栈），很耗时。
- 锁竞争：大家都想用菜刀，等刀的时间长。
- 自旋/阻塞：等刀时，有人干站着（自旋），有人去休息室（阻塞）。
- 内存屏障：保证大家看到的是最新菜单，不是旧的。
结论：
- 如果“切菜”很快，且竞争不大 → 用轻量级锁，占用CPU稍等一下，切换快（自旋一下就好）。
- 如果竞争激烈或切菜时间长 → 用重量级锁，不占用CPU,切换缓慢（去休息室等通知）。
- 能不用锁就不用锁（比如每人一把刀）。
3）锁升级路径（JDK 8+ 简化版）
- 偏向锁：如果只有一个人用刀，直接记住他，下次不用检查。
- 轻量级锁：来了第二个人，开始抢刀，抢不到就占用CPU等(自旋)。
- 重量级锁：人太多，自旋浪费 CPU，干脆让大家去休息室，等经理通知(操作系统调度)。
4）代码示例
public class ContentionDemo {
static final Object lock = new Object();
static int counter = 0;
public static void main(String[] args) throws Exception {
Runnable task = () -> {
for (int i = 0; i < 100_000; i++) {
synchronized (lock) { counter++; }
}
};
Thread t1 = new Thread(task);
Thread t2 = new Thread(task);
long start = System.nanoTime();
t1.start(); t2.start();
t1.join(); t2.join();
long end = System.nanoTime();
System.out.printf("counter=%d, time=%.2f ms\n", counter, (end - start)/1e6);
}
}
这段代码模拟两个线程抢同一把“菜刀”，看看耗时。
5）速答卡（面试必背）
- Java 线程 ≈ 操作系统线程，调度由 OS 完成。
- 锁升级：偏向 → 轻量级（CAS + 自旋） → 重量级（阻塞）。
- 降低切换：缩短临界区、减少共享写、用无锁或分区化。
