整理好了!2024年最常见 20 道并发编程面试题(九)

十七、请解释synchronized和volatile关键字在Java中的作用。

在Java中,synchronizedvolatile是两个用于控制线程同步和内存可见性的关键字。它们各自有不同的用途和作用范围。

synchronized关键字

synchronized关键字主要用于实现线程同步,确保多个线程在访问共享资源时的互斥性,防止出现数据不一致的问题。以下是synchronized关键字的一些关键点:

  1. 互斥性synchronized确保一次只有一个线程可以执行某个代码块或方法。它通过锁定对象的监视器(monitor)来实现。
  2. 锁的范围:可以对方法或代码块进行同步。对于方法,锁是当前实例对象(非静态方法)或类对象(静态方法)。对于代码块,锁是指定的对象。
  3. 锁的获取与释放:当线程执行到synchronized方法或代码块时,会尝试获取锁。如果锁已被其他线程持有,则当前线程会阻塞,直到锁被释放。
  4. 死锁:不当使用synchronized可能导致死锁,即两个或多个线程相互等待对方释放锁。
  5. 性能开销:使用synchronized可能会引入性能开销,因为线程需要等待锁的释放。

volatile关键字

volatile关键字主要用于保证变量的内存可见性,确保一个线程对变量的修改能够立即被其他线程看到。以下是volatile关键字的一些关键点:

  1. 内存可见性volatile变量的读写操作不会被缓存在寄存器或线程私有内存中,而是直接操作主内存。因此,当一个线程修改了一个volatile变量后,其他线程能够立即看到这个变化。
  2. 禁止指令重排序volatile关键字还确保了与volatile变量相关的读写操作不会与其他操作重排序,这有助于保持程序的执行顺序。
  3. 不保证原子性:尽管volatile保证了内存可见性,但它不保证复合操作的原子性。例如,递增操作i++(即i = i + 1)不是一个原子操作,即使ivolatile类型的,也不能保证线程安全。
  4. 使用场景volatile适用于状态标志、单例模式中的双重检查锁定等场景,但不适用于需要原子性操作的场景。

总结

  • synchronized主要用于实现线程间的互斥,保证共享资源在同一时刻只被一个线程访问。
  • volatile主要用于保证变量的内存可见性,确保变量的修改对所有线程立即可见,但它不保证复合操作的原子性。

在实际编程中,应根据具体需求选择合适的关键字来保证线程安全和内存一致性。

十八、请解释什么是volatile关键字以及它的作用。

volatile关键字在Java编程语言中是一个类型修饰符,用于声明一个变量在多线程环境中的可见性和禁止指令重排序。以下是volatile关键字的详细解释和作用:

可见性(Visibility)

  1. 主内存与工作内存:在Java内存模型中,每个线程有自己的工作内存(比如CPU缓存),用于存储对共享变量的副本。线程对这些变量的读写操作首先在其工作内存中进行,之后在某个时刻同步回主内存。
  2. 内存可见性问题:如果一个线程修改了一个共享变量的值,其他线程可能不会立即看到这个改变,因为它们可能在自己的工作内存中缓存了这个变量的旧值。
  3. volatile的作用:当一个变量被声明为volatile,它向编译器和运行时保证,每次读取这个变量时都从主内存中读取,每次写入这个变量时都同步回主内存。这样,当一个线程修改了一个volatile变量时,其他线程能够立即看到这个改变。

禁止指令重排序(Ordering)

  1. 指令重排序:为了提高性能,编译器和处理器可能会对代码指令进行重排序。然而,在多线程环境中,这可能导致问题,因为重排序可能会改变程序的执行顺序。
  2. volatile的禁止指令重排序:使用volatile关键字可以禁止与该变量相关的读写操作的指令重排序。这意味着在读取一个volatile变量之前的所有操作必须先完成,而在写入一个volatile变量之后的所有操作必须后执行。

使用场景

  • 状态标志volatile常用于实现状态标志,例如,用于控制线程生命周期的running标志。
  • 单例模式:在实现延迟加载的单例模式时,使用volatile可以确保双重检查锁定的正确性。

限制

  • 不保证原子性volatile不保证复合操作的原子性。例如,递增操作i++(即i = i + 1)不是一个原子操作,即使ivolatile类型的,也不能保证线程安全。
  • 不适合用作计数器:由于volatile不保证复合操作的原子性,它不适合用作需要原子操作的计数器。

总结

volatile关键字在Java中用于确保变量的内存可见性和禁止指令重排序,但它不保证复合操作的原子性。正确使用volatile可以解决多线程环境中的某些问题,但开发者需要清楚其限制,并在适当的情况下使用。

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