Как реализовать неблокирующий доступ к критической секции в Java

Что проверяют

Понимаете ли вы разницу между «без synchronized» и «без блокировок» в строгом смысле и знаете ли, на чём держится lock-free код в Java. Следом почти всегда просят написать CAS-цикл руками или объяснить, что такое проблема ABA.

Как отвечать

Начните с определения: неблокирующий доступ значит, что поток не засыпает в ожидании монитора, а при конфликте повторяет попытку. Основа всего это операция compare-and-swap (CAS), которую процессор выполняет атомарно.

• атомики: AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference дают incrementAndGet(), compareAndSet(), updateAndGet(). Секцию над одним значением заменяет CAS-цикл: прочитали старое, посчитали новое, compareAndSet(old, next), при неудаче повторили;
• несколько полей сразу: собрать их в неизменяемый объект и менять ссылку через AtomicReference, тогда состояние переключается одним CAS. От ABA защищает AtomicStampedReference;
• LongAdder: счётчик под сильной конкуренцией, раскладывает инкременты по ячейкам и выигрывает у AtomicLong, когда пишут много потоков;
• VarHandle: CAS над обычным полем без обёртки-атомика;
• готовые структуры: ConcurrentLinkedQueue, ConcurrentSkipListMap, ConcurrentHashMap (чтение без блокировок, запись блокирует только одну корзину);
• tryLock(): у ReentrantLock не ждёт, а сразу возвращает false, если секция занята. Это не lock-free, но поток не засыпает.

Хорошо упомянуть StampedLock.tryOptimisticRead(): читатель не берёт блокировку, а после чтения проверяет штамп через validate(). Запись там при этом эксклюзивная и блокирующая.

Где спотыкаются

Называют StampedLock или ReadWriteLock неблокирующими. Оптимистичное чтение действительно идёт без блокировки, но писатель ждёт, а при неудачной валидации читатель обычно переходит на readLock().

Делают get() и set() атомика двумя отдельными шагами и считают код потокобезопасным. Между чтением и записью влезает другой поток, нужен именно compareAndSet или updateAndGet.

Кладут в лямбду updateAndGet побочные эффекты. При конфликте функция выполнится повторно, и запись в лог или сетевой вызов случатся дважды.