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。