面试题 | Java共享内存导致的并发问题？相关并发问题的解决方法？

螺竹编程 2024-03-04

Java共享内存导致的并发问题？

问

Java共享内存导致的并发问题主要有竞态条件问题和内存可见性问题。

竞态条件问题：当多个线程并发访问共享内存时，由于执行顺序的不确定性，可能导致数据的不一致性或意外结果。例如，如果两个线程并发读取并修改一个共享变量，可能会导致其中一个线程的修改被另一个线程覆盖。
内存可见性问题：内存可见性问题是指当一个线程修改了共享变量的值后，其他线程是否能够立即看到这个修改后的值。由于每个线程都有自己的工作内存，线程在执行时会将共享变量从主内存中读取到自己的工作内存中进行操作。当一个线程修改了共享变量的值后，这个值可能不会立即被写回主内存，而是继续留在线程的工作内存中。这可能导致其他线程无法立即看到这个修改后的值，造成内存可见性问题。

竞态条件问题的解决

解决竞态条件问题的方法有多种，其中包括使用synchronized关键字、使用显示锁（如ReentrantLock类）以及使用原子变量（如AtomicInteger、AtomicLong等）。

使用synchronized关键字：synchronized关键字可以修饰方法或代码块，用于实现互斥访问。当一个线程访问使用synchronized修饰的方法或代码块时，会自动获取对象的锁，其他线程需要等待该线程释放锁后才能进入。这样可以确保同一时间只有一个线程能够访问被synchronized修饰的代码区域，避免竞态条件问题。
使用显示锁：显示锁是通过代码显式地调用锁的获取和释放来实现同步访问的机制。Java提供了ReentrantLock类作为显示锁的实现。与synchronized关键字相比，ReentrantLock提供了更灵活的锁定机制，可以通过lock()和unlock()方法来手动获取和释放锁。这样可以更细粒度地控制代码块的同步，从而避免竞态条件问题。
使用原子变量：Java提供了一系列的原子类，如AtomicInteger、AtomicLong等，它们提供了一些原子操作，可以实现对共享变量的原子访问。原子类的操作是线程安全的，可以避免竞态条件问题。原子类提供了一些常用的原子操作，如增加（increment）、减少（decrement）等，这些操作都是原子的，不会被其他线程的操作干扰，从而确保了数据的一致性。

内存可见性问题的解决

解决内存可见性问题的方法包括使用volatile关键字、使用synchronized关键字或显示锁。

使用volatile关键字：在Java中，可以使用volatile关键字修饰共享变量。volatile关键字可以确保被修饰的变量对所有线程可见。当一个线程修改了volatile变量的值，该值会立即刷新到主内存，并通知其他线程的工作内存中的缓存失效，强制其他线程从主内存重新读取该变量的值。这样可以保证所有线程对该变量的读写操作都是基于最新的值，避免了可见性问题。
使用synchronized关键字或显示锁：synchronized关键字和显示锁（如ReentrantLock类）都提供了锁的机制，可以用于实现线程之间的同步和协调。当一个线程获取了锁后，其他线程需要等待锁的释放才能继续执行。在释放锁的过程中，会将对共享变量的修改刷新到主内存，从而保证其他线程可以看到最新的值。因此，使用synchronized关键字或显示锁同步可以解决内存可见性问题。