面试题：Java中并发的三大特性

1. 原子性（Atomicity）:

   • 原子性意味着某个操作要么完全执行，要么完全不执行，不会被中断。在多线程环境下，原子性保证了线程在执行某些操作时不会被其他线程干扰。
   • 举个例子：i++ 是非原子操作，因为它涉及读取值、增加值和写回的多个步骤。如果两个线程同时执行 i++，可能会出现冲突，导致 i 的值不正确。要确保原子性，可以使用 synchronized 或其他线程同步机制，或者使用 AtomicInteger 类。

2. 可见性（Visibility）:

   • 可见性保证了一个线程对共享变量的修改，其他线程能及时看到。在 Java 中，如果一个线程修改了一个共享变量的值，其他线程可能无法立即看到这个变化，除非采取措施（如使用 volatile 关键字，或者通过同步机制如 synchronized 来确保可见性）。
   • 例如，当一个线程修改了一个标志位变量，其他线程如果没有采取适当的同步措施，可能看不到这个更新，从而产生错误行为。

3. 有序性（Ordering）:

   • 有序性指的是程序中的指令执行顺序可能会由于编译器优化、JVM 重排序等原因发生变化。然而，为了保证多线程程序的正确性，我们需要确保某些操作的顺序。
   • 例如，synchronized 可以用于控制执行的顺序，确保一段代码按照预期的顺序执行。JVM 允许某些操作重排序（如代码优化），因此我们必须通过适当的同步措施来保证程序的执行顺序。

在 Java 中并发编程的三大特性是 独立性（Independence）、共享资源（Shared Resources）、同步与协调（Synchronization and Coordination）。这些特性是并发程序设计和实现时的核心内容。

1. 独立性（Independence）

独立性是指多个并发任务可以相互独立地执行，尽管它们可能会在时间上交替执行。每个任务在逻辑上应当是独立的，不应该直接依赖于其他任务的执行结果或状态。

• 特点： 每个任务的执行不应该阻塞或干扰其他任务。
• Java实现： Java中的线程（Thread）可以并行执行，每个线程代表一个独立的任务。例如，通过Thread类或ExecutorService来启动多个线程，这些线程可以独立运行。

Thread thread1 = new Thread(() -> {
    System.out.println("Task 1 is running.");
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
    System.out.println("Task 2 is running.");
});
thread1.start();
thread2.start();

在这个例子中，thread1 和 thread2 在执行时是独立的，可以并发运行。

2. 共享资源（Shared Resources）

在并发程序中，不同的任务可能需要访问共享资源。共享资源可能是内存中的数据、文件或其他外部资源。由于多个任务可能同时访问这些资源，必须确保这些访问是安全的。

• 特点： 多个线程同时访问共享资源时，必须采取一定的措施来防止数据竞争、数据不一致等问题。
• Java实现： Java提供了多种机制来管理共享资源的访问，比如 synchronized 关键字、ReentrantLock 等。

示例：使用 synchronized 关键字

class SharedResource {
    private int counter = 0;

    public synchronized void increment() {
        counter++;
    }

    public synchronized int getCounter() {
        return counter;
    }
}

SharedResource resource = new SharedResource();
Thread thread1 = new Thread(() -> {
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        resource.increment();
    }
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        resource.increment();
    }
});
thread1.start();
thread2.start();

在这个例子中，通过 synchronized 保证了对 counter 变量的访问是线程安全的，防止了数据竞争。

3. 同步与协调（Synchronization and Coordination）

多个并发任务可能需要通过某种机制进行同步或协调，以保证它们按正确的顺序执行，避免出现数据不一致或者死锁等问题。

• 特点： 线程之间需要通过同步机制来协调执行顺序，确保共享资源的正确访问，并避免数据冲突。
• Java实现： Java通过多种同步工具和机制实现线程之间的协调，比如 wait()、notify()、CountDownLatch、CyclicBarrier 等。

示例：使用 CountDownLatch 进行线程同步

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int totalThreads = 3;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(totalThreads);

        for (int i = 0; i < totalThreads; i++) {
            final int threadId = i;
            new Thread(() -> {
                System.out.println("Thread " + threadId + " finished.");
                latch.countDown();
            }).start();
        }

        latch.await();  // 等待所有线程完成
        System.out.println("All threads have finished.");
    }
}

在这个例子中，CountDownLatch 被用来确保主线程等待所有子线程完成后再继续执行。

总结

在 Java 中进行并发编程时，主要要理解和处理的三个核心特性是：

这些特性是实现高效、可靠的并发程序的基础，开发者需要根据具体的应用场景合理设计并发模型。