阿里一道 Java 并发面试题 (详细分析篇)

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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