Java面试题系列 - 第6天

题目:深入理解Java内存模型(JMM)及线程可见性

背景说明:Java内存模型(Java Memory Model,简称JMM)是Java虚拟机规范的一部分,用于描述Java程序中各种变量(线程共享变量)的访问规则以及这些变量的存储结构。理解JMM对于开发高效、可靠的并发应用程序至关重要。

问题要求

  1. 解释Java内存模型的概念及其重要性。
  2. 描述线程可见性问题,并给出解决方案。
  3. 讨论volatile关键字如何保证线程间的可见性。
  4. 提供一个示例代码,演示volatile关键字的作用。

答案批注

  1. Java内存模型概念及其重要性:JMM定义了线程之间的内存可见性和一致性规则,确保了线程之间共享变量的正确同步。它解决的是当多个线程访问共享数据时,如何保持数据的一致性问题。JMM的重要性在于,它提供了语言级别的并发控制机制,使得开发者能够写出既高效又正确的并发代码。

  2. 线程可见性问题:在线程并发执行的环境中,如果一个线程修改了一个共享变量的值,而另一个线程无法立即看到这个修改,就产生了线程可见性问题。这可能导致程序行为的不确定性,甚至出现错误的结果。例如,一个线程可能基于过期的数据做出决策,导致数据不一致或竞态条件。

  3. Volatile关键字的作用:Volatile关键字是Java提供的一种轻量级的同步机制,用于保证线程间的可见性。当一个共享变量被声明为volatile时,任何对它的写入操作都将立刻反映到主内存中,而其他线程的读取操作会直接从主内存中读取最新值,从而避免了线程可见性问题。此外,volatile还提供了一种“happens-before”关系,确保了操作的有序性。

  4. 示例代码:下面的代码展示了如何使用volatile关键字来解决线程可见性问题。

     Java 

    浅色版本

    1public class VolatileExample {
    2    private volatile boolean stop = false;
    3
    4    public void writerThread() {
    5        try {
    6            Thread.sleep(1000); // 模拟一些耗时操作
    7        } catch (InterruptedException e) {
    8            e.printStackTrace();
    9        }
    10        this.stop = true;
    11        System.out.println("Writer thread set stop to true");
    12    }
    13
    14    public void readerThread() {
    15        while (!stop) {
    16            // 这里做一些工作
    17        }
    18        System.out.println("Reader thread sees stop as true");
    19    }
    20}
    21
    22public class Main {
    23    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    24        VolatileExample example = new VolatileExample();
    25
    26        Thread writer = new Thread(() -> example.writerThread());
    27        Thread reader = new Thread(() -> example.readerThread());
    28
    29        writer.start();
    30        reader.start();
    31
    32        writer.join();
    33        reader.join();
    34    }
    35}

在这个例子中,writerThread在一段时间后将stop变量设置为true,而readerThread会循环检查stop变量的值。由于stop变量被声明为volatile,因此readerThread总是能看到writerThread对其的最新修改,从而保证了线程间的正确同步。

深入理解JMM和volatile关键字的使用,可以帮助开发者更好地设计和实现多线程应用,避免常见的并发问题,提高程序的稳定性和性能。

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