排查方面
- Java内存模型原理
- 分析共享变量读写：确定哪些变量是在多线程间共享的，以及在不同线程中对这些变量的读、写操作。因为Java内存模型规定，线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行，不能直接读写主内存变量。例如，多个线程同时读写一个静态成员变量就可能出现可见性问题。
- 检查同步块：查看代码中是否正确使用了
synchronized关键字或java.util.concurrent.locks.Lock接口来同步对共享变量的访问。这些同步机制会在进入同步块时将主内存中的变量值刷新到工作内存，退出同步块时将工作内存中的变量值写回主内存，从而保证可见性。例如，如下代码中count变量在多线程下访问，使用synchronized块保证可见性：
class Counter {
private int count = 0;
public synchronized void increment() {
count++;
}
public synchronized int getCount() {
return count;
}
}
- 硬件层面缓存一致性协议
- 了解硬件架构：熟悉应用所运行的硬件平台的缓存层次结构，如L1、L2、L3缓存。不同的CPU架构缓存策略有所不同，缓存一致性协议（如MESI协议）负责确保多个CPU核心缓存数据的一致性。例如，在多核CPU系统中，如果一个核心修改了缓存中的数据，MESI协议会通知其他核心使对应的缓存行无效，当其他核心再次访问该数据时，会从主内存重新读取。
- 检查缓存关联性：某些硬件配置下，缓存的关联性设置可能影响数据的一致性。如果关联性设置不当，可能导致不同核心对同一数据的缓存不一致，进而引发可见性问题。虽然这种情况相对较少，但在排查时也应考虑。
优化策略及优缺点
- 使用
synchronized关键字
- 优点：简单易用，能同时保证原子性和可见性。在同步块内的操作是原子性的，并且在进入和退出同步块时会自动处理内存可见性问题，符合Java内存模型规范。
- 缺点：性能开销较大，因为
synchronized是基于监视器锁实现的，在高并发场景下，线程竞争锁会导致大量线程阻塞，降低系统吞吐量。
- 使用
java.util.concurrent.locks.Lock接口
- 优点：相比
synchronized更加灵活，提供了诸如可中断的锁获取、公平锁等功能。例如，ReentrantLock可以通过构造函数设置为公平锁，在高并发场景下，能更公平地分配锁资源，减少线程饥饿问题。同时，Lock接口的实现类在性能上可能优于synchronized，尤其是在高竞争环境下。
- 缺点：使用相对复杂，需要手动获取和释放锁，如果在
try - finally块中没有正确释放锁，可能导致死锁。
- 使用
volatile关键字
- 优点：轻量级，主要用于保证变量的可见性，当一个变量被声明为
volatile时，任何线程对该变量的写操作都会立即刷新到主内存，并且其他线程对该变量的读操作都会从主内存读取最新值。适用于读多写少的场景，例如一个标志位变量用于控制多线程的运行状态。
- 缺点：不保证原子性，对于复合操作（如
i++），即使变量是volatile的，也可能出现数据竞争问题。例如，多个线程同时对一个volatile修饰的int变量执行i++操作，可能得到错误的结果。
- 使用
java.util.concurrent.atomic包下的原子类
- 优点：保证原子性和可见性，例如
AtomicInteger、AtomicLong等类，通过硬件级别的原子操作来实现对变量的修改，性能较高。适用于对单个变量进行原子操作的场景，如计数器。
- 缺点：功能相对单一，仅针对单个变量的原子操作，对于复杂的复合操作，可能需要结合其他同步机制。
