Android面试之Java基础篇：深入理解并发机制与内存模型

Java 并发机制和内存模型：Android面试中的关键考察点

在 Android 面试中，对 Java 基础知识的掌握至关重要，其中 Java 并发机制和内存模型更是重中之重。它们是理解 Android 多线程编程和内存管理的关键。本文将深入浅出地剖析这两个概念，助你攻克 Android 面试。

Java 并发机制

Java 并发机制旨在处理多线程编程，提供了丰富的 API，如 Thread、Runnable 和 synchronized，用于创建和管理并发任务。其核心目标是实现线程协作与同步，避免数据竞争和死锁等问题。

指令重排序

Java 虚拟机 (JVM) 为了优化性能，对字节码进行优化，包括指令重排序。这是指 JVM 可以改变指令的执行顺序，只要不改变单线程程序的执行结果。

Happens-before 原则

为了保证多线程程序的正确性，Java 引入了 happens-before 原则。它定义了线程操作之间的偏序关系，确保一个操作的执行结果对另一个操作可见。happens-before 关系包括：

• 程序顺序规则： 一个操作在程序中排在另一个操作之前。
• 监视器锁定规则： 一个线程获取锁之前，另一个线程释放了该锁。
• Volatile 变量规则： 对 volatile 变量的写操作先于对 volatile 变量的读操作。
• 线程启动规则： 线程的 start() 方法先于该线程的任何其他操作。
• 线程终止规则： 一个线程的终止先于对该线程的 join() 方法的返回。

Java 内存模型

Java 内存模型 (JMM) 定义了多线程程序中共享变量的访问和更新规则。它保证了在多线程环境中，每个线程都能看到其他线程对共享变量所做的更改。

内存可见性

内存可见性是指一个线程对共享变量的修改对其他线程的可见性。JMM 通过以下机制保证内存可见性：

• Happen-before 原则： 如果两个操作之间存在 happens-before 关系，则第二个操作可以看到第一个操作对共享变量所做的更改。
• Volatile 变量： 对 volatile 变量的写操作会立即刷新到主内存，对 volatile 变量的读操作会立即从主内存读取。
• synchronized： synchronized 块或方法可以保证对共享变量的访问和更新是原子的。

**Volatile 和 Synchronized **

volatile 是一个轻量级同步机制，保证变量的可见性，但不保证原子性。synchronized 是一个重量级同步机制，保证对共享变量的访问和更新是原子的。

Android 面试中的考察

Android 面试中对 Java 并发机制和内存模型的考察主要集中在以下方面：

• 指令重排序的理解和影响： 面试官可能询问指令重排序的机制和它对多线程程序的影响。
• Happens-before 原则的应用： 面试官可能给出一段代码，让你分析其中操作之间的 happens-before 关系。
• 内存可见性的保证： 面试官可能询问如何保证多线程程序中共享变量的内存可见性。
• Volatile 和 synchronized 关键字的异同： 面试官可能询问 volatile 和 synchronized 关键字的区别和适用场景。

常见问题解答

1. 什么是 happens-before 原则？

   • Happens-before 原则定义了线程操作之间的偏序关系，确保一个操作的执行结果对另一个操作可见。

2. volatile 和 synchronized 关键字有什么区别？

   • volatile 保证变量的可见性，但不保证原子性；synchronized 保证对共享变量的访问和更新是原子的。

3. 如何保证多线程程序中共享变量的内存可见性？

   • 通过 happens-before 原则、volatile 变量和 synchronized 块/方法。

4. 指令重排序会对多线程程序产生什么影响？

   • 指令重排序可能会导致数据竞争和死锁，因此需要小心使用。

5. Java 内存模型的作用是什么？

   • Java 内存模型定义了多线程程序中共享变量的访问和更新规则，保证了内存可见性。