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阿里一道 Java 并发面试题 (详细分析篇)

  •  
  •   jiangxinlingdu · 41 天前 · 1509 次点击
    这是一个创建于 41 天前的主题,其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

    说明

    前天分享了一篇关于阿里的“Java 常见疑惑和陷阱”的文章,有人说这个很早就有了,可能我才注意到,看完之后发现内容非常不错,有几个我也是需要停顿下想想,如果后续有机会我录制一个视频把这个 ppt 里面的所有内容,根据我的理解和知道的给大家分享一遍。

    如果你之前还没有看过建议好好看一遍:Java 常见疑惑和陷阱,如果你需要获取完整 ppt,可以在公号对话框回复: “PPT” 即可获取完整文件,只要你发现你看到里面知识点的时候,你需要思考一会,那么就表示你还不太熟悉,你应该去补补相关的基础知识了。

    题目

    我个人一直认为: 网络、并发相关的知识,相对其他一些编程知识点更难一些,主要是不好调试并且涉及内容太多 !

    所以今天就取一篇并发相关的内容分享下,我相信大家认真看完会有收获的。

    大家可以先看看这个问题,看看这个是否有问题呢? 那里有问题呢?

    image

    如果你在这个问题上面停留超过 5s 的话,那么表示你对这块某些知识还有点模糊,需要再巩固下,下面我们一起来分析下!

    结论

    多线程并发的同时进行 set、get 操作,A 线程调用 set 方法,B 线程并不一定能对这个改变可见!!!

    分析

    这个类非常简单,里面有一个属性,有 2 个方法:get、set 方法,一个用来设置属性值,一个用来获取属性值,在设置属性方法上面加了 synchronized。

    隐式信息: 多线程并发的同时进行 set、get 操作,A 线程调用 set 方法,B 线程可以里面感知到吗???

    说到这里,问题就变成了 synchronized 在刚刚说的上下文下面能否保证可见性!!!

    关键词 synchronized 的用法

    • 指定加锁对象:对给定对象加锁,进入同步代码前需要获得给定对象的锁。
    • 直接作用于实例方法:相当于对当前实例加锁,进入同步代码前要获得当前实例的锁。
    • 直接作用于静态方法:相当于对当前类加锁,进入同步代码前要获得当前类的锁。

    synchronized 它的工作就是对需要同步的代码加锁,使得每一次只有一个线程可以进入同步块(其实是一种悲观策略)从而保证线程之间得安全性。

    从这里我们可以知道,我们需要分析的属于第二类情况,也就是说多个线程如果同时进行 set 方法的时候,由于存在锁,所以会一个一个进行 set 操作,并且是线程安全的,但是 get 方法并没有加锁,表示假如 A 线程在进行 set 的同时 B 线程可以进行 get 操作。并且可以多个线程同时进行 get 操作,但是同一时间最多只能有一个 set 操作。

    Java 内存模型 happens-before 原则

    JSR-133 内存模型使用 happens-before 的概念来阐述操作之间的内存可见性。在 JMM 中,如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见,那么这两个操作之间必须要存在 happens-before 关系。这里提到的两个操作既可以是在一个线程之内,也可以是在不同线程之间。

    与程序员密切相关的 happens-before 规则如下:

    • 程序顺序规则:一个线程中的每个操作,happens-before 于该线程中的任意后续操作。
    • 监视器锁规则:对一个监视器的解锁,happens-before 于随后对这个监视器的加锁。
    • volatile 变量规则:对一个 volatile 域的写,happens-before 于任意后续对这个 volatile 域的读。
    • 传递性:如果 A happens-before B,且 B happens-before C,那么 A happens-before C。

    注意,两个操作之间具有 happens-before 关系,并不意味着前一个操作必须要在后一个操作之前执行! happens-before 仅仅要求前一个操作(执行的结果)对后一个操作可见,且前一个操作按顺序排在第二个操作之前( the first is visible to and ordered before the second )。

    其中有监视器锁规则:对一个监视器的解锁,happens-before 于随后对这个监视器的加锁。 这一条,仅仅只是针对 synchronized 的 set 方法,而对于 get 并没有这方面的说明。

    其实在这种上下文下面一个 synchronized 的 set 方法,一个普通的 get 方法,a 线程调用 set 方法,b 线程并不一定能对这个改变可见!

    更多 Java 内存模型内存欢迎查看:深入理解 Java 内存模型,写的非常详细,建议多读几遍!!!

    volatile

    volatile 可见性

    前面 happens-before 原则就提到:volatile 变量规则:对一个 volatile 域的写,happens-before 于任意后续对这个 volatile 域的读。 volatile 从而保证了多线程下的可见性!!!

    volatile 禁止内存重排序

    下面是 JMM 针对编译器制定的 volatile 重排序规则表:

    image

    为了实现 volatile 的内存语义,编译器在生成字节码时,会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。

    下面是基于保守策略的 JMM 内存屏障插入策略:

    • 在每个 volatile 写操作的前面插入一个 StoreStore 屏障。
    • 在每个 volatile 写操作的后面插入一个 StoreLoad 屏障。
    • 在每个 volatile 读操作的后面插入一个 LoadLoad 屏障。
    • 在每个 volatile 读操作的后面插入一个 LoadStore 屏障。

    下面是保守策略下,volatile 写操作 插入内存屏障后生成的指令序列示意图:

    image

    下面是在保守策略下,volatile 读操作 插入内存屏障后生成的指令序列示意图:

    image

    上述 volatile 写操作和 volatile 读操作的内存屏障插入策略非常保守。在实际执行时,只要不改变 volatile 写-读的内存语义,编译器可以根据具体情况省略不必要的屏障。

    更多 Java 内存模型内存欢迎查看:深入理解 Java 内存模型,写的非常详细,建议多读几遍!!!

    双重检查锁实现单例中就需要用到这个特性!!!

    模拟

    通过上面的分析,其实这个题目涉及到的内容都提到了,并且进行了解答。

    虽然你知道的原因,但是想模拟并不是一件容易的事情!,下面我们来模拟看看效果:

    public class ThreadSafeCache {
        int result;
    
        public int getResult() {
            return result;
        }
    
        public synchronized void setResult(int result) {
            this.result = result;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            ThreadSafeCache threadSafeCache = new ThreadSafeCache();
    
            for (int i = 0; i < 8; i++) {
                new Thread(() -> {
                    int x = 0;
                    while (threadSafeCache.getResult() < 100) {
                        x++;
                    }
                    System.out.println(x);
                }).start();
            }
    
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    
            threadSafeCache.setResult(200);
        }
    }
    

    效果:

    image

    程序会一直卡在这边不动,表示 set 修改的 200,get 方法并不可见!!!

    添加 volatile 关键词观察效果

    其实例子中 synchronized 关键字可以去掉,仅仅用 volatile 即可。

    image

    效果:

    image

    代码很快正常结束了!

    结论: 多线程并发的同时进行 set、get 操作,A 线程调用 set 方法,B 线程并不一定能对这个改变可见!!!,上面的代码中,如果对 get 方法也加 synchronized 也是可见的,还是 happens-before 的监视器锁规则:对一个监视器的解锁,happens-before 于随后对这个监视器的加锁。,只是 volatile 比 synchronized 更轻量级,所以本例直接用 volatile。但是对于符合非原子操作 i++这里还是不行的还是需要 synchronized。

    更多 Java 内存模型内存欢迎查看:深入理解 Java 内存模型,写的非常详细,建议多读几遍!!!

    建议好好看看Java 常见疑惑和陷阱,里面有很多很优秀的东西,如果你需要获取完整 ppt,可以在公号对话框回复: “PPT” 即可获取完整文件!


    如果读完觉得有收获的话,欢迎点赞、关注、加公众号 [匠心零度] ,查阅更多精彩历史!!! image)

    13 回复  |  直到 2019-05-10 15:16:27 +08:00
        1
    xman99   41 天前
    mark, 流量号耶
        2
    sagaxu   41 天前 via Android
    软文这么水了吗
        3
    msaionyc   41 天前
    这个就算是流量号也比隔壁那个 10 行 python 代码 xxx 的好多了,图貌似裂了
        4
    zhuawadao   41 天前
    @sagaxu 感觉还是有干货的呀
        5
    sagaxu   41 天前 via Android
    @zhuawadao 都是十年前的老生常谈,看腻了
        6
    amon   41 天前
    支持一下零度!
    即使是软文,有技术的软文也比正经的水贴好。
        7
    jiangxinlingdu   41 天前
    @amon 感谢!
        8
    jiangxinlingdu   41 天前
    由于复制的时候没有注意,导致图片没有加载,可以这里看: http://www.jiangxinlingdu.com/thought/2019/05/10/javaconcurrence.html,有图片效果更佳!!!
        9
    jiangxinlingdu   41 天前
    由于复制的时候没有注意,导致图片没有加载,可以这里看: http://www.jiangxinlingdu.com/thought/2019/05/10/javaconcurrence.html
    有图片效果更佳!!!
        10
    jiangxinlingdu   41 天前
    @msaionyc 是的,复制的时候没注意,多谢提醒!
        11
    zxcvsh   41 天前 via iPhone
    总比啥也不分享的水贴强,
    咕噜咕噜
        12
    wysnylc   41 天前
    volatile 保证可见性不保证原子性,妄图用 volatile 解决并发的 100%是懂点技术又不深入的菜鸡
        13
    huadada   41 天前
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