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
|
9天前
|
安全 Java API
java如何请求接口然后终止某个线程
通过本文的介绍,您应该能够理解如何在Java中请求接口并根据返回结果终止某个线程。合理使用标志位或 `interrupt`方法可以确保线程的安全终止,而处理好网络请求中的各种异常情况,可以提高程序的稳定性和可靠性。
38 6
|
22天前
|
存储 监控 小程序
Java中的线程池优化实践####
本文深入探讨了Java中线程池的工作原理,分析了常见的线程池类型及其适用场景,并通过实际案例展示了如何根据应用需求进行线程池的优化配置。文章首先介绍了线程池的基本概念和核心参数,随后详细阐述了几种常见的线程池实现(如FixedThreadPool、CachedThreadPool、ScheduledThreadPool等)的特点及使用场景。接着,通过一个电商系统订单处理的实际案例,分析了线程池参数设置不当导致的性能问题,并提出了相应的优化策略。最终,总结了线程池优化的最佳实践,旨在帮助开发者更好地利用Java线程池提升应用性能和稳定性。 ####
|
24天前
|
缓存 Java 开发者
Java多线程编程的陷阱与最佳实践####
本文深入探讨了Java多线程编程中常见的陷阱,如竞态条件、死锁和内存一致性错误,并提供了实用的避免策略。通过分析典型错误案例,本文旨在帮助开发者更好地理解和掌握多线程环境下的编程技巧,从而提升并发程序的稳定性和性能。 ####
|
17天前
|
安全 算法 Java
Java多线程编程中的陷阱与最佳实践####
本文探讨了Java多线程编程中常见的陷阱,并介绍了如何通过最佳实践来避免这些问题。我们将从基础概念入手,逐步深入到具体的代码示例,帮助开发者更好地理解和应用多线程技术。无论是初学者还是有经验的开发者,都能从中获得有价值的见解和建议。 ####
|
17天前
|
Java 调度
Java中的多线程编程与并发控制
本文深入探讨了Java编程语言中多线程编程的基础知识和并发控制机制。文章首先介绍了多线程的基本概念,包括线程的定义、生命周期以及在Java中创建和管理线程的方法。接着,详细讲解了Java提供的同步机制,如synchronized关键字、wait()和notify()方法等,以及如何通过这些机制实现线程间的协调与通信。最后,本文还讨论了一些常见的并发问题,例如死锁、竞态条件等,并提供了相应的解决策略。
40 3
|
18天前
|
监控 Java 开发者
深入理解Java中的线程池实现原理及其性能优化####
本文旨在揭示Java中线程池的核心工作机制,通过剖析其背后的设计思想与实现细节,为读者提供一份详尽的线程池性能优化指南。不同于传统的技术教程,本文将采用一种互动式探索的方式,带领大家从理论到实践,逐步揭开线程池高效管理线程资源的奥秘。无论你是Java并发编程的初学者,还是寻求性能调优技巧的资深开发者,都能在本文中找到有价值的内容。 ####
|
23天前
|
缓存 Java 开发者
Java多线程并发编程:同步机制与实践应用
本文深入探讨Java多线程中的同步机制,分析了多线程并发带来的数据不一致等问题,详细介绍了`synchronized`关键字、`ReentrantLock`显式锁及`ReentrantReadWriteLock`读写锁的应用,结合代码示例展示了如何有效解决竞态条件,提升程序性能与稳定性。
90 6
|
21天前
|
监控 Java 数据库连接
Java线程管理:守护线程与用户线程的区分与应用
在Java多线程编程中,线程可以分为守护线程(Daemon Thread)和用户线程(User Thread)。这两种线程在行为和用途上有着明显的区别,了解它们的差异对于编写高效、稳定的并发程序至关重要。
28 2
|
21天前
|
监控 Java 开发者
Java线程管理:守护线程与本地线程的深入剖析
在Java编程语言中,线程是程序执行的最小单元,它们可以并行执行以提高程序的效率和响应性。Java提供了两种特殊的线程类型:守护线程和本地线程。本文将深入探讨这两种线程的区别,并探讨它们在实际开发中的应用。
27 1
|
23天前
|
安全 Java 开发者
Java中的多线程编程:从基础到实践
本文深入探讨了Java多线程编程的核心概念和实践技巧,旨在帮助读者理解多线程的工作原理,掌握线程的创建、管理和同步机制。通过具体示例和最佳实践,本文展示了如何在Java应用中有效地利用多线程技术,提高程序性能和响应速度。
55 1

热门文章

最新文章