面试官系统精讲Java源码及大厂真题系列之Java线程安全的解决办法

Posted 2021-03-11 xulixia520zhangpengfei

1. 背景

1.1 static修饰类变量、方法、方法块。  public + static = 该变量任何类都可以直接访问，而且无需初始化类，直接使用 类名.static 变量

1.2 多个线程同时对共享变量进行读写时，很有可能会出现并发问题.（存在共享数据时才需要考虑线程安全）

1.3 public static List<String> list = new ArrayList(); 这个 list 如果同时被多个线程访问的话，就有线程安全的问题。

 

2. 解决方法

2.1特定策略解决线程安全问题

2.1.1 修改线程模型。即不在线程之间共享该状态变量。一般这个改动比较大，需要量力而行。

2.1.2 将对象变为不可变对象。有时候实现不了。

2.1.3 synchronized和Lock都可以实现同步。简单点说，就是在你修改或访问可变状态时加锁，独占对象，让其他线程进不来。

2.1.4 就是设计线程安全类。

 

2.2 Java中的解决方法

2.2.1把线程不安全的 ArrayList 换成 线程安全的 CopyOnWriteArrayList；

2.2.2 每次访问时，手动加锁。

 

3.细节问题

3.1 该方法内部只能调用同样被 static 修饰的方法，不能调用普通方法

3.2 static 方法内部的变量在执行时是没有线程安全问题的

3.3 静态块只能调用同样被 static 修饰的变量，并且 static 的变量需要写在静态块的前面，不然编译也会报错

 

4.初始化时机

父类静态变量初始化
父类静态块初始化
子类静态变量初始化
子类静态块初始化
main 方法执行
父类构造器初始化
子类构造器初始化

4.1 父类的静态变量和静态块比子类优先初始化；

4.2  静态变量和静态块比类构造器优先初始化。

 

5.Final

5.1 被 final 修饰的类，表明该类是无法继承的；

5.2 被 final 修饰的方法，表明该方法是无法覆写的；

5.3 被 final 修饰的变量，说明该变量在声明的时候，就必须初始化完成，而且以后也不能修改其内存地址。

 

6.try catch finally

6.1 finally 先执行后，再抛出 catch 的异常；

6.2 最终捕获的异常是 catch 的异常，try 抛出来的异常已经被 catch 吃掉了，所以当我们遇见 catch 也有可能会抛出异常时，我们可以先打印出 try 的异常，这样 try 的异常在日志中就会有所体现。

 

7.volatile

7.1 概念：volatile 的意思是可见的，常用来修饰某个共享变量，意思是当共享变量的值被修改后，会及时通知到其它线程上，其它线程就能知道当前共享变量的值已经被修改了。

7.2 基础知识：在多核 CPU 下，为了提高效率，线程在拿值时，是直接和 CPU 缓存打交道的，而不是内存。主要是因为 CPU 缓存执行速度更快，比如线程要拿值 C，会直接从 CPU 缓存中拿， CPU 缓存中没有，就会从内存中拿，所以线程读的操作永远都是拿 CPU 缓存的值。

7.2.1 其中存在的问题：CPU 缓存中的值和内存中的值可能并不是时刻都同步，导致线程计算的值可能不是最新的，共享变量的值有可能已经被其它线程所修改了，但此时修改是机器内存的值，CPU 缓存的值还是老的，导致计算会出现问题。

7.2.2 机制：就是内存会主动通知 CPU 缓存。当前共享变量的值已经失效了，你需要重新来拉取一份，CPU 缓存就会重新从内存中拿取一份最新的值。

7.3 原理：volatile 关键字就会触发这种机制，加了 volatile 关键字的变量，就会被识别成共享变量，内存中值被修改后，会通知到各个 CPU 缓存，使 CPU 缓存中的值也对应被修改，从而保证线程从 CPU 缓存中拿取出来的值是最新的。

7.3.1 原理图：

 

原理图相关解释：从图中我们可以看到，线程 1 和线程 2 一开始都读取了 C 值，CPU 1 和 CPU 2 缓存中也都有了 C 值，然后线程 1 把 C 值修改了，这时候内存的值和 CPU 2 缓存中的 C 值就不等了，内存这时发现 C 值被 volatile 关键字修饰，发现其是共享变量，就会使 CPU 2 缓存中的 C 值状态置为无效，CPU 2 会从内存中重新拉取最新的值，这时候线程 2 再来读取 C 值时，读取的已经是内存中最新的值了。

 

8.transient

transient 关键字我们常用来修饰类变量，意思是当前变量是无需进行序列化的。在序列化时，就会忽略该变量，这些在序列化工具底层，就已经对 transient 进行了支持。

 

9.default

default 关键字一般会用在接口的方法上，意思是对于该接口，子类是无需强制实现的，但自己必须有默认实现

 

10.1 如何证明static静态变量和类无关？

10.1 我们不需要初始化类就可直接使用静态变量；

10.2 我们在类中写个 main 方法运行，即便不写初始化类的代码，静态变量都会自动初始化；

10.3 静态变量只会初始化一次，初始化完成之后，不管我再 new 多少个类出来，静态变量都不会再初始化了。

 注意：不仅仅是静态变量，静态方法块也和类无关

 

11. 常常看见变量和方法被static和final俩个关键字修饰，为什么这么做？

11.1 变量和方法与类无关，可以直接使用，使用比较方便；

11.2 强调变量内存地址不可变，方法不可继承覆写，强调了方法内部的稳定性。

 

12. catch中发生了未知异常，finally还会执行么？

12.1 会的，catch 发生了异常，finally 还会执行的，并且是 finally 执行完成之后，才会抛出 catch 中的异常。

不过 catch 会吃掉 try 中抛出的异常，为了避免这种情况，在一些可以预见 catch 中会发生异常的地方，先把 try 抛出的异常打印出来，这样从日志中就可以看到完整的异常了.