面试题：Java多线程编程中StringBuffer线程同步原理相关 - 高级难度

Question

假设在一个多线程应用中，有多个线程同时调用StringBuffer的append方法，从JVM内存模型和锁机制角度分析StringBuffer是如何保证线程安全的？

Answer 1

JVM内存模型角度

1. 共享变量可见性：StringBuffer内部维护了一个字符数组用于存储字符串内容，这是共享变量。在多线程环境下，当一个线程调用append方法修改这个字符数组时，由于StringBuffer的方法使用了synchronized关键字修饰，根据JVM内存模型的规则，线程在进入synchronized块时会从主内存中重新读取共享变量的值，在退出synchronized块时会将修改后的值刷新回主内存，确保其他线程能够看到最新的修改。
2. 指令重排序：synchronized关键字可以防止指令重排序。在append方法执行过程中，不会出现指令重排序导致其他线程看到不一致的中间状态。因为StringBuffer的方法是同步的，在同步块内的操作是按照顺序执行的，从而保证了数据的一致性。

锁机制角度

1. 对象锁：StringBuffer的append方法被synchronized关键字修饰，这意味着当一个线程调用append方法时，它会获取StringBuffer实例对象的锁。在同一时刻，只有获取到锁的线程才能执行append方法，其他线程只能等待锁的释放。
2. 锁的粒度：这里锁的粒度是针对StringBuffer实例对象。只要多个线程操作的是同一个StringBuffer实例，就会通过竞争该实例的锁来保证线程安全。如果是不同的StringBuffer实例，由于每个实例有自己独立的锁，不同实例上的append操作不会相互影响，各自线程安全。
3. 锁的获取与释放：当一个线程获取到StringBuffer实例的锁并执行append方法时，在方法执行完毕（正常结束或者抛出异常）后，会自动释放锁，使得等待队列中的其他线程有机会获取锁并执行append方法。