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JUC 八股3 - 基础3

codejavajuc八股约 1514 字大约 5 分钟

JUC

如何保证线程安全

线程安全是指在并发环境下，多个线程访问共享资源时，程序能够正确地执行，而不会出现数据不一致的问题

为了保证线程安全，可以使用 synchronized 关键字对方法加锁，对代码块加锁。线程在执行同步方法、同步代码块时，会获取类锁或者对象锁，其他线程就会阻塞并等待锁

如果需要更细粒度的锁，可以使用 ReentrantLock 并发重入锁等。

如果需要保证变量的内存可见性，可以使用 volatile 关键字。

对于简单的原子变量操作，还可以使用 Atomic 原子类。

对于线程独立的数据，可以使用 ThreadLocal 来为每个线程提供专属的变量副本。

对于需要并发容器的地方，可以使用 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList 等。

"锁、volatile、原子类、ThreadLocal、并发容器"

首先说什么是线程安全：

线程安全是指多个线程访问共享资源时，程序能正确执行，不会出现数据不一致的问题。

然后说解决方案（分点回答）：

  1. 互斥同步：使用 synchronized 关键字或 ReentrantLock 对共享资源加锁，保证同一时刻只有一个线程访问
  2. 可见性保证：使用 volatile 关键字，保证变量在多线程间的可见性
  3. 原子操作：使用 Atomic 原子类（如 AtomicInteger），利用 CAS 保证操作的原子性
  4. 线程隔离：使用 ThreadLocal 为每个线程提供独立的变量副本，避免共享
  5. 并发容器：使用线程安全的集合类，如 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList 等

确保原子性

  • 在单节点环境中，可以使用 synchronized 关键字或 ReentrantLock 来保证对 key 的修改操作是原子的

  • 在多节点环境中，可以使用分布式锁 Redisson 来保证对 key 的修改操作是原子的

线程安全的场景

单例模式

在多线程环境下，如果多个线程同时尝试创建实例，单例类必须确保只创建一个实例，并提供一个全局访问点

饿汉式是一种比较直接的实现方式，它通过在类加载时就立即初始化单例对象来保证线程安全

class Singleton {
    private static final Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

懒汉式单例则在第一次使用时初始化单例对象，这种方式需要使用双重检查锁定来确保线程安全，volatile 关键字用来保证可见性，syncronized 关键字用来保证同步

class LazySingleton {
    private static volatile LazySingleton instance;

    private LazySingleton() {}

    public static LazySingleton getInstance() {
        // 第一次检查
        // 可能有多个线程同时发现为null
        if (instance == null) { 
            // 加锁
            synchronized (LazySingleton.class) {
                // 第二次检查
                // 有可能上面第一次跑来好几个，但第一个已经创建成功了
                // 结果下一个获取锁的如果没有检查就又创一个
                if (instance == null) { 
                    instance = new LazySingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

线程上下文切换

上下文 = 线程的"快照"，保存了线程执行所需的所有关键信息，使得线程切换后可以"无缝"继续执行

线程上下文切换是指 CPU 从一个线程切换到另一个线程执行时的过程

在线程切换的过程中，CPU 需要保存当前线程的执行状态，并加载下一个线程的上下文

之所以要这样，是因为 CPU 在同一时刻只能执行一个线程，为了实现多线程并发执行，需要不断地在多个线程之间切换

为了让用户感觉多个线程是在同时执行的， CPU 资源的分配采用了时间片轮转的方式，线程在时间片内占用 CPU 执行任务。当线程使用完时间片后，就会让出 CPU 让其他线程占用

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线程 A 切换到线程 B

1. 保存线程 A 的上下文
   - PC 寄存器值
   - 通用寄存器值
   - 栈指针位置
   - 当前状态
   ↓ 存入 PCB (进程控制块)

2. 加载线程 B 的上下文
   - 从 PCB 读取寄存器值
   - 恢复栈指针
   - 设置 PC 指针
   ↓ 线程 B 继续执行

线程可以多核调度吗

多核处理器提供了并行执行多个线程的能力。每个核心可以独立执行一个或多个线程，操作系统的任务调度器会根据策略和算法，如优先级调度、轮转调度等，决定哪个线程何时在哪个核心上运行

守护线程 daemon

守护线程是一种特殊的线程，它的作用是为其他线程提供服务

守护线程 = 后台服务线程，为用户线程提供服务，随用户线程结束而结束

Java 中的线程分为两类，一种是守护线程，另外一种是用户线程

JVM 启动时会调用 main 方法，main 方法所在的线程就是一个用户线程

在 JVM 内部，同时还启动了很多守护线程，比如垃圾回收线程

在线程 start() 之前设置 t.setDaemon(true); 即可将其设置为守护线程

  • 守护线程中产生的新线程也是守护线程
  • 守护线程适合做后台任务，不适合做重要业务逻辑（可能突然被终止）
  • finally 块可能不执行 - 守护线程结束时，finally 块可能不会执行

守护线程和用户线程的区别

区别之一是当最后一个非守护线程束时， JVM 会正常退出，不管当前是否存在守护线程，也就是说守护线程是否结束并不影响 JVM 退出。

换而言之，只要有一个用户线程还没结束，正常情况下 JVM 就不会退出

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