面试题：Java中如何确保多线程环境下对象的内存访问线程安全

Question

在Java多线程编程中，假设有一个共享的对象，多个线程会同时访问并修改该对象的属性值。请说明至少两种确保对该对象内存访问线程安全的方式，并简要阐述其原理。

Answer 1

1. 使用synchronized关键字：
   • 原理：synchronized关键字可以修饰方法或代码块。当一个线程进入被synchronized修饰的方法或代码块时，它会自动获取对象的锁（如果是静态方法，则获取类的锁）。其他线程在该线程持有锁期间无法进入相同对象（或类）的被synchronized修饰的方法或代码块，从而保证同一时间只有一个线程能够访问并修改共享对象的属性值，避免了数据竞争，达到线程安全。例如：

   public class SharedObject {
       private int value;
       public synchronized void increment() {
           value++;
       }
       public synchronized int getValue() {
           return value;
       }
   }
   

2. 使用ReentrantLock：
   • 原理：ReentrantLock是Java 5.0引入的一种显式锁。它提供了比synchronized更灵活的锁控制。线程在访问共享对象前调用lock()方法获取锁，访问结束后调用unlock()方法释放锁。在锁被一个线程持有时，其他线程尝试获取锁会被阻塞，直到锁被释放，从而保证对共享对象的线程安全访问。例如：

   import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
   public class SharedObject2 {
       private int value;
       private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
       public void increment() {
           lock.lock();
           try {
               value++;
           } finally {
               lock.unlock();
           }
       }
       public int getValue() {
           lock.lock();
           try {
               return value;
           } finally {
               lock.unlock();
           }
       }
   }
   

3. 使用Atomic原子类：
   • 原理：Java的java.util.concurrent.atomic包下的原子类（如AtomicInteger、AtomicLong等）利用硬件级别的原子操作来保证对数据的操作是原子性的，不需要额外的锁机制。例如AtomicInteger的incrementAndGet()方法，它会以原子方式将当前值加1并返回新值。这是通过CAS（Compare - And - Swap）操作实现的，CAS操作会比较内存中的值和预期值，如果相等则更新为新值，这个过程是原子的，从而保证了多线程环境下对共享对象属性值修改的线程安全。例如：

   import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
   public class SharedObject3 {
       private AtomicInteger value = new AtomicInteger();
       public void increment() {
           value.incrementAndGet();
       }
       public int getValue() {
           return value.get();
       }
   }