阿里一道 Java 并发面试题 (详细分析篇)

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这是一个创建于 2016 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？

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！

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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：

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：

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：

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。

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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：

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。

效果：

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。

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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！

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