Java面试之多线程&并发篇（7）

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：

1. 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。
2. 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：

1. 变量内存地址，V表示
2. 旧的预期值，A表示
3. 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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。