1. 说说线程安全问题

多线程并发下，产生安全问题要满足以下三个条件：

• 多线程并发
• 共享数据
• 共享数据修改

为什么会有多线程下，线程安全的问题？

这里就涉及到Java虚拟机（简称JVM）的相关知识了。JVM启动后，本地内存分配给JVM一定的内存空间，称为“主内存”；而线程间又有各自独立的“工作内存”，工作内存中的数据来源于主内存数据的拷贝。正因为这个拷贝，工作内存的数据它不是原版数据，工作内存可能被其他线程所修改，这时候就有数据不一致的问题。

开发中，如何解决线程安全问题？

核心思想：

• 加锁
• 将共享数据调整为：局部变量、不可变对象、ThreadLocal封装共享数据、CAS进行共享数据修改、volatile修饰(只保证可见性、禁止指令重排，不保证原子性)

Java线程安全问题理解

2. volatile实现原理

volatile修饰的变量具有如下特性：

• 可见性
• 有序性（禁止指令重排）

什么是可见性？

可见性：多个线程访问同一个共享变量时，其中一个线程对这个共享变量值的修改，其他线程能够立刻获得修改以后的值

什么是有序性？

有序性：编译器和处理器为了优化程序性能而对指令序列进行重排序，也就是你编写的代码顺序和最终执行的指令顺序是不一致的。

但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。

volatile如何保证可见性？

总结为一句话：通过内存屏障和禁止指令重排保证可见性。

具体分析如下：

JMM内存模型下，数据操作通过如下8种方式：

• 1、read(读取)：从主内存读取数据
• 2、load(载入)：将主内存的数据写入工作内存
• 3、use(使用)：从工作内存读取数据计算
• 4、assign(赋值)：将计算好的值重新赋值到工作内存中
• 5、store(存储)：将工作内存的值写入主内存
• 6、write(写入)：将store过去的变量值赋值给主内存中的变量
• 7、lock(锁定)：将主内存变量枷锁，标识未线程独占状态
• 8、unlock(解锁)：将主内存变量解锁，解锁后其他线程可以锁定该变量

volatile修饰的变量在写入操作时，在写入后，加入5、store(存储)内存屏障。（写入后，将工作内存中的数据写入主内存）

volatile修饰的变量在读取操作时，在读取前，加入2、load(载入)内存屏障。（读取前，从主内存中读取数据刷到工作内存）

如上一来，volatile读取的数据是主内存中数据，一定是最新的，因此能够保证可见性。

volatile如何保证可见性

3. synchronized实现原理

synchronized可以用来修饰 代码块 或 方法。

• 修饰方法

  同步方法的常量池有ACC_SYNCHRONIZED标识，线程访问方法时会判断是否有ACC_SYNCHRONIZED标识。

  如果有，则先获取监视器锁，然后执行方法，最后释放监视器锁。

  如果有，且获取监视器锁失败，则会阻塞，直到监视器锁被其他线程释放后，获取到监视器锁。

  在发生异常的情况且没有处理异常，则在异常抛出前会释放监视器锁。

• 修饰代码块

​ 修饰代码块时，底层会加入monitorenter和monitorexit指令。

每个对象都有一个锁次数的计数器，未被锁的计数器为0.

​ 当线程进入代码块时，执行monitorenter指令，锁次数计数器 +1，当该线程再次获取锁时，则再次+1。

​ 当执行monitorexit释放锁时，锁次数计数器-1。

​ 直到锁次数计数器为0时，锁被释放，此时其他线程能够得到该代码块的锁。

4. synchronized和lock的区别

1、synchronized是关键字，lock是接口。

2、synchronized是隐式加锁，lock是API层面的加锁。

3、synchronized可以作用在方法和代码块，lock只能作用在代码块。

4、synchronized是阻塞式加锁，lock支持非阻塞式加锁。

5、synchronized没有超时机制，lock中的tryLock支持超时机制。

6、synchronized不可中断，lock中的lockInterruptibly()中断获取的锁。

7、synchronized底层采用monitor；lock底层采用AQS。

8、synchronized是非公平锁；lock支持非公平锁与公平锁。

9、synchronized唤醒方式是notify/notifyAll；lock唤醒方式是condition。

5. CAS乐观锁

CAS:Compare AND Swap，比较并交换。是一种通过乐观锁保证变量操作原子性的机制。

该方法包含3个操作数：内存位置、预期原值、新值，先通过 内存位置定位变量，比较 预期原值与当前 内存位置中的值是否一致；一致则会进行修改；不一致则不做如何操作。

优点：

资源竞争不大的情况下，系统开销小。

缺点：

1、ABA问题

2、竞争大的情况下，CPU开销大

6. ABA问题

主线程通过CAS在取出指定 内存位置的值后，比较 预期原值并修改操作之前，有一定的时间差；在这个时间差内，其他线程将A修改为B，又将B修改为A，此时主线程并不会发觉内存位置的值已被修改过，会继续进行 比较预期原值并修改操作。

尽管主线程的CAS操作完成，但这个过程是有风险的。

解决方案：

加上版本号解决ABA问题：只有版本号一致的情况下才能进行修改操作，每次修改操作都对 版本号执行+1操作。

7. 乐观锁的业务场景及实现方式

适用场景为：冲突不频繁的业务下。

现有的数据库中，对于多数表会增加一个version字段，该字段能够有效避免数据修改的ABA问题。