线程安全

简要回答

实现Java线程安全，需要控制多个线程对共享资源的并发访问，避免出现数据不一致，竞态条件等问题

可以分为三种方式：

• 阻塞同步（使用锁实现）
• 非阻塞同步（基于CAS操作）
• 无同步方案（避免共享资源）

详细回答

1. 阻塞同步：通过“加锁-释放锁”控制线程对资源的访问，未获取锁的线程会阻塞等待。

• synchronized关键字（隐式锁）
  • 通过JVM隐式管理锁，对对象或者类加锁，确保同一时间只有一个线程执行同步代码。

//同步方法
public synchronized void setA(){
  // 执行代码逻辑
}

//同步代码块
public void setB(){
  synchronized (this){
  // 执行代码逻辑
  }
}

• JUC显式锁（Lock接口）
  • 通过ReentrantLock手动加锁和释放锁，能够支持更复杂的同步场景，比如公平锁、超时释放、中断。
  • 通过读写锁，允许多个读取者同时访问共享资源，但只允许一个写入者。

2. 非阻塞同步

• 原子类（CAS操作）：通过循环重试保证变量的更新。
• 版本号机制：乐观锁，通过版本号来判断数据是否被修改，仅在提交时校验。
• 优缺点：
  • 避免线程阻塞，唤醒线程开销以及用户态内核态切换带来的性能问题。
  • 过度自旋会浪费CPU资源。
  • 仅能操作单个共享资源，对于组合类型还是需要加锁处理，或者重新组合为一个共享资源。
  • ABA问题

3. 无同步方案：让共享资源尽可能的在同一个线程中执行。

• 线程本地存储：为线程创建独立的资源副本，无需同步
• 创建不可变对象

使用场景

实现方式	适用场景
阻塞方式	共享资源操作复杂、资源竞争不激烈、需要严格保证资源独占性场景
非阻塞操作	高频/简单操作、重试成本低、不允许线程阻塞场景
无同步方案	数据仅线程私有、数据不可修改、业务逻辑不依赖状态

知识图解

1. ABA问题示意图

2. 读写锁使用示意图

知识扩展

1. 扩展：

• ABA问题：
  • 在CAS更新的过程中，读取到的值是A，准备赋值时是A，但是其实是因为A的值先变成B又被改成了A。
  • ABA漏洞在大部分场景下不会影响最终结果，可以通过Java中的AtomicStampedReference来解决问题，该类会加入预期标志和更新后标志两个字段，更新时不光检查值，还要检查当前标志是否等于预期标志，相等则更新。

2. 面试官可能追问:

• Q1：原子类的底层原理是什么？
  • 底层是CAS指令+volatile+自旋重试的组合。CAS保证操作的原子性，volatile保证变量的可见性，自旋重试解决并发冲突。
• Q2：线程安全体现在哪些方面？
  • 原子性：提供互斥访问，同一时刻只有一个线程对数据进行操作。
  • 可见性：线程对主存修改可以及时被其他线程看到。
  • 有序性：线程中的指令执行有序。可以使用happens-before原则实现。