面试题：Java引用传递中对象状态变化及内存模型

Question

假设有一个自定义类`User`，包含`name`和`age`属性。在一个方法中通过引用传递修改`User`对象的属性值，分析该过程中Java内存模型的变化，包括栈内存和堆内存的操作，同时说明如果在多线程环境下，这种引用传递可能会带来什么问题。

Answer 1

Java内存模型变化分析

1. 栈内存操作：
   • 当方法被调用时，在栈中会为该方法创建一个栈帧。这个栈帧包含了方法的局部变量表、操作数栈等信息。
   • 假设方法定义为void modifyUser(User user, String newName, int newAge)，那么user引用（指向堆中User对象）、newName（假设是String类型）和newAge（int类型）会存储在方法栈帧的局部变量表中。user引用是一个指向堆中User对象的地址值。
2. 堆内存操作：
   • User对象在堆中分配内存空间，它包含name和age属性。当通过引用传递来修改User对象的属性值时，例如user.setName(newName); user.setAge(newAge);，实际上是通过栈中的user引用找到堆中User对象的存储位置，然后直接修改堆中该对象的name和age属性值。

多线程环境下的问题

1. 线程安全问题：
   • 如果多个线程同时通过引用传递修改同一个User对象的属性，可能会导致数据不一致。例如，线程A正在读取User对象的age属性，同时线程B修改了age属性值，线程A读取到的可能是修改前或修改后的不确定值，这取决于线程调度。
2. 竞态条件：
   • 假设存在这样的场景，一个线程根据User对象的age属性值决定是否执行某个操作，另一个线程在这个判断之后但在操作执行之前修改了age属性值，就会导致竞态条件。例如，线程A判断user.getAge() > 18后准备执行一些特定操作，此时线程B将user的age改为小于18，线程A仍然会执行原本基于旧age值的操作，这可能不符合预期逻辑。
3. 内存可见性问题：
   • 由于Java内存模型的特性，不同线程可能会将User对象的属性值缓存到自己的工作内存中。当一个线程修改了堆中User对象的属性值后，其他线程的工作内存中的缓存可能不会立即更新，导致其他线程读取到旧的值。这需要使用volatile关键字或者同步机制（如synchronized关键字、Lock接口等）来保证内存可见性。