前段时间面试Java碰到的一道有意思的题目

看题

前段时间面试遇到一个题目，感觉挺有意思的，特意记录下来。

一般来说，内容是全球变量i，然后在main方法中有两个嵌套for循环，分别循环100次，然后在循环中打开新的线程对变量i执行i++操作。我简单修改了一下。

让我们来看看这个话题。如果不运行，用肉眼看，你觉得是什么？给你1分钟的思考...

private static int i = 0;public static void add() {  i++;}public static void main(String[] args) {  for (int j = 0; j < 100; j++) {    new Thread(() -> {      for (int k = 0; k < 100; k++) {        add();      }    }).start();  }  System.out.println(i);}

理想情况下，输出应该是1万。但是，以我们多年的做题经验，即使不知道是多少，也绝对不是1万，明显有坑让我们跳。

如果学生的基础更好，他们应该能够猜测输出必须小于或等于1万。那是多少，这个问题调查了什么知识点？

问题1：线程未完成输出

也许有些学生一眼就看出这是一个修改共享变量的问题，然后急于回答，然后你就错了。

在第一个坑中，上述代码在循环中打开了许多线程执行add，但您不能保证在主线程输出之前，循环中的线程已经完成。

所以第一步要解决的是等子线程完成，主线程再输出。如果你不做这一步，就不要谈下面的问题。

修改上述代码：

private static int i = 0;public static void add() {  i++;}public static void main(String[] args) {  for (int j = 0; j < 100; j++) {    new Thread(() -> {      for (int k = 0; k < 100; k++) {        add();      }    }).start();  }  // 确保子线程完成  while (Thread.activeCount() > 2) {      Thread.yield();  }  System.out.println(i);}

问题二：内存可见性

JMM内存模型分为主存和工作内存，变量i在主存中，每个新开启的线程都有自己的工作内存，每个工作线程都有主存变量的副本。

例如，在线程A获得变量并执行后，将i的值2同步到主存之前；线程B获得i执行add操作的值；此时，线程a将新值2同步到主存；线程B还执行了add操作，同样的新值2与主存同步。

本来主存在这个时候i值应该是3，但是少了。

当然，这只是一个随机的例子，有很多场景会导致自我增加的损失。

学过JMM的人都知道，Java中提供了一个关键字volatile，它可以保证线程的可见性，我们可以给变量i再试一次添加关键字。

private static volatile int i = 0;

输出结果：

9632Process finished with exit code 0

可见还是不等于1万，说明还有其他问题，但至少我们排除了内存可见性的问题。

问题三、i++线程不安全

i++在反编译后i++class文件中，它不是原子操作，包括以下三个步骤：

1. getstatic    // 读取i的当前值2. iadd// 将i的值加13. putstatic // 将新值写回1

如果在一个线程执行这三个步骤时，另一个线程也执行相同的操作，则结果可能会丢失一次或多次自增。

结合问题二，可以得出结论，volatile虽然能保证内存的可见性，但不能保证原子性。

如何解决

既然我们知道这是i++非原子操作的问题，我们就围绕它想办法。

1. 加锁

使用synchronized或Lock锁等同步机制

private static int i = 0;public static synchronized void add() {  i++;}

多次执行，结果一直是1万，说明问题已经修复。

100000Processprocesss finished with exit code 0

但是你有没有注意到我这里的变量？ivolatile没有用来装饰，难道不存在内存可见性问题吗？

是否忘记了基本知识点：

synchronized能保证内存的可见性 。 退出一个线程synchronized当代码块被刷新时，代码块中的所有变量都会被修改为主内存。同时，当另一个线程进入时synchronized当代码块时，它将从主内存中获得最新的变量值。因此，synchronized既能保证同时只有一个线程访问共享资源(即相互排斥)，又能保证内存的可见性，即其他线程可以看到一个线程对共享变量的修改。

需要注意的是，尽管如此 synchronized 保证同时只有一个线程访问共享变量，但不能保证其他非同步访问 i 操作的可见性。如果您直接阅读或修改其他地方 i 没有使用的值 synchronized 或者其他同步机制，可能会出现内存可见性问题。确保一切正确 i 访问是可见的，可以 i 声明为 volatile。

2. 使用原子类

在Juc的包下，有一个atomic包，它提供了许多原子类，它们都来自Unsafe类，可以保证操作的原子性。

我们将修改代码：

private static AtomicInteger i = new AtomicInteger();public static void add() {    i.getAndIncrement();}

经过多次实施，结果一直是10000，说明这种方法也能解决上述问题。

总结

通过讨论上述问题，总结知识点：

1. volatile可以保证可见性，但不能保证原子性；
2. i++线程不安全，可通过加锁或原子类解决；
3. synchronized可以保证内存的可见性，但只是修改后的代码块或方法。