7张图带你轻松理解Java 线程安全,java缓存机制面试

简介: 7张图带你轻松理解Java 线程安全,java缓存机制面试

e8312a5bdb3649a0d58dc422044b1df8_aHR0cHM6Ly91cGxvYWQtaW1hZ2VzLmppYW5zaHUuaW8vdXBsb2FkX2ltYWdlcy8xNTY3OTEwOC1jNzc1NjE3NTJjOWQ1NDdi.jpg

上图描述了一个多线程执行场景。线程 A 和线程 B 分别对主内存的变量进行读写操作。其中主内存中的变量为共享变量,也就是说此变量只此一份,多个线程间共享。但是线程不能直接读写主内存的共享变量,每个线程都有自己的工作内存,线程需要读写主内存的共享变量时需要先将该变量拷贝一份副本到自己的工作内存,然后在自己的工作内存中对该变量进行所有操作,线程工作内存对变量副本完成操作之后需要将结果同步至主内存。


线程的工作内存是线程私有内存,线程间无法互相访问对方的工作内存。


为了便于理解,用图来描述一下线程对变量赋值的流程。


b067953866002216f82aec85bbc1d409_aHR0cHM6Ly91cGxvYWQtaW1hZ2VzLmppYW5zaHUuaW8vdXBsb2FkX2ltYWdlcy8xNTY3OTEwOC00ZmI0ZTJhZmNmNmNjNjZm.png


那么问题来了,线程工作内存怎么知道什么时候又是怎样将数据同步到主内存呢?这里就轮到 JMM 出场了。JMM 规定了何时以及如何做线程工作内存与主内存之间的数据同步。


对 JMM 有了初步的了解,简单总结一下原子性、可见性、有序性。


原子性:对共享内存的操作必须是要么全部执行直到执行结束,且中间过程不能被任何外部因素打断,要么就不执行。


可见性:多线程操作共享内存时,执行结果能够及时的同步到共享内存,确保其他线程对此结果及时可见。


有序性:程序的执行顺序按照代码顺序执行,在单线程环境下,程序的执行都是有序的,但是在多线程环境下,JMM 为了性能优化,编译器和处理器会对指令进行重排,程序的执行会变成无序。


到这里,我们可以引出本文的主题了 --【线程安全】。


线程安全的本质


其实第一张图的例子是有问题的,主内存中的变量是共享的,所有线程都可以访问读写,而线程工作内存又是线程私有的,线程间不可互相访问。那在多线程场景下,图上的线程 A 和线程 B 同时来操做共享内存里的同一个变量,那么主内存内的此变量数据就会被破坏。也就是说主内存内的此变量不是线程安全的。我们来看个代码小例子帮助理解。


public class ThreadDemo {
private int x = 0;
private void count() {
x++;
}
public void runTest() {
new Thread() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
count();
}
System.out.println("final x from 1: " + x);
}
}.start();
new Thread() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
count();
}
System.out.println("final x from 2: " + x);
}
}.start();
}
public static void main(String[] args) {
new ThreadDemo().runTest();
}
}


示例代码中 runTest 方法2个线程分别执行 1_000_000 次 count() 方法, count() 方法中只执行简单的 x++ 操作,理论上每次执行 runTest 方法应该有一个线程输出的 x 结果应该是2_000_000。但实际的运行结果并非我们所想:


final x from 1: 989840


final x from 2: 1872479


我运行了10次,其中一个线程输出 x 的值为 2_000_000 只出现了2次。


final x from 1: 1000000


final x from 2: 2000000


出现这样的结果的原因也就是我们上面所说的,在多线程环境下,我们主内存的 x 变量的数据被破坏了。我们都知道完成一次 i++ 相当于执行了:


int tmp = x + 1;


x = tmp;


在多线程环境下就会出现在执行完 int tmp = x + 1; 这行代码时就发生了线程切换,当线程再次切回来的时候,x 就会被重复赋值,导致出现上面的运行结果,2个线程都无法输出 2_000_000。


下图描述了示例代码的执行时序:


2cf71d424c864d5dc26a88e2e64b6da6_aHR0cHM6Ly91cGxvYWQtaW1hZ2VzLmppYW5zaHUuaW8vdXBsb2FkX2ltYWdlcy8xNTY3OTEwOC05NzIzOWY3ZWIwZmIwYTc5.png


那么 Java 是如何来解决上述问题来保证线程安全,保证共享内存的原子性、可见性、有序性的呢?


##/ 线程同步 /


Java 提供了一系列的关键字和类来保证线程安全。


Synchronized 关键字

Synchronized 作用


保证方法或代码块操作的原子性


Synchronized 保证⽅法内部或代码块内部资源(数据)的互斥访问。即同⼀时间、由同⼀个 Monitor(监视锁) 监视的代码,最多只能有⼀个线程在访问。


话不多说来张动图描述一下 Monitor 工作机制:

相关文章
|
2月前
|
缓存 Java API
Java 面试实操指南与最新技术结合的实战攻略
本指南涵盖Java 17+新特性、Spring Boot 3微服务、响应式编程、容器化部署与数据缓存实操,结合代码案例解析高频面试技术点,助你掌握最新Java技术栈,提升实战能力,轻松应对Java中高级岗位面试。
328 0
|
2月前
|
安全 算法 Java
Java 多线程:线程安全与同步控制的深度解析
本文介绍了 Java 多线程开发的关键技术,涵盖线程的创建与启动、线程安全问题及其解决方案,包括 synchronized 关键字、原子类和线程间通信机制。通过示例代码讲解了多线程编程中的常见问题与优化方法,帮助开发者提升程序性能与稳定性。
135 0
|
3月前
|
缓存 Java 关系型数据库
2025 年最新华为 Java 面试题及答案,全方位打造面试宝典
Java面试高频考点与实践指南(150字摘要) 本文系统梳理了Java面试核心考点,包括Java基础(数据类型、面向对象特性、常用类使用)、并发编程(线程机制、锁原理、并发容器)、JVM(内存模型、GC算法、类加载机制)、Spring框架(IoC/AOP、Bean生命周期、事务管理)、数据库(MySQL引擎、事务隔离、索引优化)及分布式(CAP理论、ID生成、Redis缓存)。同时提供华为级实战代码,涵盖Spring Cloud Alibaba微服务、Sentinel限流、Seata分布式事务,以及完整的D
180 1
|
3月前
|
算法 架构师 Java
Java 开发岗及 java 架构师百度校招历年经典面试题汇总
以下是百度校招Java岗位面试题精选摘要(150字): Java开发岗重点关注集合类、并发和系统设计。HashMap线程安全可通过Collections.synchronizedMap()或ConcurrentHashMap实现,后者采用分段锁提升并发性能。负载均衡算法包括轮询、加权轮询和最少连接数,一致性哈希可均匀分布请求。Redis持久化有RDB(快照恢复快)和AOF(日志更安全)两种方式。架构师岗涉及JMM内存模型、happens-before原则和无锁数据结构(基于CAS)。
103 5
|
3月前
|
安全 Java API
2025 年 Java 校招面试常见问题及详细答案汇总
本资料涵盖Java校招常见面试题,包括Java基础、并发编程、JVM、Spring框架、分布式与微服务等核心知识点,并提供详细解析与实操代码,助力2025校招备战。
173 1
|
3月前
|
算法 Java 微服务
2025 年 Java 面试宝典社招春招秋招实操全方位攻略
2025年Java面试宝典涵盖核心技术及最新趋势,分为四大板块:1. Java基础:深入数据类型、多态等特性,结合学生信息管理等实例;2. JVM核心:解析内存模型与GC算法,附多线程转账等场景应用;3. 高并发方案:详解synchronized与线程池配置,提供Web服务器优化案例;4. Spring生态:剖析IoC/AOP原理,演示微服务架构实现。特别新增Java 17+特性实操,包括Record类、密封接口等语法糖,整合Spring Boot 3、响应式编程及云原生技术,通过订单状态机、API网关配置。
234 1
|
3月前
|
缓存 算法 NoSQL
校招 Java 面试高频常见知识点深度解析与实战案例详细分享
《2025校招Java面试核心指南》总结了Java技术栈的最新考点,涵盖基础语法、并发编程和云原生技术三大维度: 现代Java特性:重点解析Java 17密封类、Record类型及响应式Stream API,通过电商案例演示函数式数据处理 并发革命:对比传统线程池与Java 21虚拟线程,详解Reactor模式在秒杀系统中的应用及背压机制 云原生实践:提供Spring Boot容器化部署方案,分析Spring WebFlux响应式编程和Redis Cluster缓存策略。
85 0
|
3月前
|
Java API 微服务
2025 年 Java 校招面试全攻略:从面试心得看 Java 岗位求职技巧
《2025年Java校招最新技术要点与实操指南》 本文梳理了2025年Java校招的核心技术栈,并提供了可直接运行的代码实例。重点技术包括: Java 17+新特性(Record类、Sealed类等) Spring Boot 3+WebFlux响应式编程 微服务架构与Spring Cloud组件 Docker容器化部署 Redis缓存集成 OpenAI API调用 通过实际代码演示了如何应用这些技术,如Java 17的Record类简化POJO、WebFlux构建响应式API、Docker容器化部署。
129 5
|
6天前
|
数据采集 存储 弹性计算
高并发Java爬虫的瓶颈分析与动态线程优化方案
高并发Java爬虫的瓶颈分析与动态线程优化方案
Java 数据库 Spring
41 0