前言
本来想着给自己放松一下,刷刷博客,突然被几道面试题难倒!线程安全需要保证几个基本特征?说一下线程之间是如何通信的?CAS的原理呢?CAS有什么缺点吗?似乎有点模糊了,那就大概看一下面试题吧。好记性不如烂键盘
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线程安全需要保证几个基本特征?
- 原子性,简单说就是相关操作不会中途被其他线程干扰,一般通过同步机制实现。
- 可见性,是一个线程修改了某个共享变量,其状态能够立即被其他线程知晓,通常被解释为将线程本地状态反映到主内存上,volatile 就是负责保证可见性的。
- 有序性,是保证线程内串行语义,避免指令重排等。
说一下线程之间是如何通信的?
线程之间的通信有两种方式:共享内存和消息传递。
共享内存
在共享内存的并发模型里,线程之间共享程序的公共状态,线程之间通过写-读内存中的公共状态来隐式进行通信。典型的共享内存通信方式,就是通过共享对象进行通信。
例如上图线程 A 与 线程 B 之间如果要通信的话,那么就必须经历下面两个步骤:
- 线程 A 把本地内存 A 更新过得共享变量刷新到主内存中去。
- 线程 B 到主内存中去读取线程 A 之前更新过的共享变量。
消息传递
在消息传递的并发模型里,线程之间没有公共状态,线程之间必须通过明确的发送消息来显式进行通信。在 Java 中典型的消息传递方式,就是 wait()
和 notify()
,或者 BlockingQueue
。
CAS的原理呢?
CAS叫做CompareAndSwap,比较并交换,主要是通过处理器的指令来保证操作的原子性,它包含三个操作数:
- 变量内存地址,V表示
- 旧的预期值,A表示
- 准备设置的新值,B表示
当执行CAS指令时,只有当V等于A时,才会用B去更新V的值,否则就不会执行更新操作。
CAS有什么缺点吗?
CAS的缺点主要有3点:
ABA问题:ABA的问题指的是在CAS更新的过程中,当读取到的值是A,然后准备赋值的时候仍然是A,但是实际上有可能A的值被改成了B,然后又被改回了A,这个CAS更新的漏洞就叫做ABA。只是ABA的问题大部分场景下都不影响并发的最终效果。
Java中有AtomicStampedReference来解决这个问题,他加入了预期标志和更新后标志两个字段,更新时不光检查值,还要检查当前的标志是否等于预期标志,全部相等的话才会更新。循环时间长开销大:自旋CAS的方式如果长时间不成功,会给CPU带来很大的开销。
只能保证一个共享变量的原子操作:只对一个共享变量操作可以保证原子性,但是多个则不行,多个可以通过AtomicReference来处理或者使用锁synchronized实现。