【高并发】面试官问我:为什么局部变量是线程安全的?

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冰河
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发布于: 2020 年 10 月 24 日
【高并发】面试官问我:为什么局部变量是线程安全的?

写在前面



相信很多小伙伴都知道局部变量是线程安全的,那你知道为什么局部变量是线程安全的吗?



前言



多个线程同时访问共享变量时,会导致并发问题。那么,如果将变量放在方法内部,是不是还会存在并发问题呢?如果不存在并发问题,那么为什么不会存在并发问题呢?



著名的斐波那契数列



记得上学的时候,我们都会遇到这样一种题目,打印斐波那契数列。斐波那契数列是这样的一个数列:1、1、2、3、5、8、13、21、34...,也就是说第1项和第2项是1,从第3项开始,每一项都等于前2项之和。我们可以使用下面的代码来生成斐波那契数列。



//生成斐波那契数列
public int[] fibonacci(int n){
//存放结果的数组
int[] result = new int[n];
//数组的第1项和第2项为1
result[0] = result[1] = 1;
//计算第3项到第n项
for(int i = 2; i < n; i++){
result[i] = result[i-2] + result[i-1];
}
return result;
}



假设此时有很多个线程同时调用fibonacci()方法来生成斐波那契数列,对于方法中的局部变量result,会不会存在线程安全的问题呢?答案是:不会!!



接下来,我们就深入分析下为什么局部变量不会存在线程安全的问题!



方法是如何被执行的?



我们以下面的三行代码为例。



int x = 5;
int[] y = fibonacci(x);
int[] z = y;



当我们调用fibonacci(x)时,CPU要先找到fibonacci()方法的地址,然后跳转到这个地址去执行代码,执行完毕后,需要返回并找到调用方法的下一条语句的地址,也就是int[] z = y的地址,再跳到这个地址去执行。我们可以将这个过程简化成下图所示。





这里需要注意的是:CPU会通过堆栈寄存器找到调用方法的参数和返回地址。



例如,有三个方法A、B、C,调用关系为A调用B,B调用C。在运行时,会构建出相应的调用栈,我们可以用下图简单的表示这个调用栈。





每个方法在调用栈里都会有自己独立的栈帧,每个栈帧里都有对应方法需要的参数和返回地址。当调用方法时,会创建新的栈帧,并压入调用栈;当方法返回时,对应的栈帧就会被自动弹出。



我们可以这样说:栈帧是在调用方法时创建,方法返回时“消亡”。



局部变量存放在哪里?



局部变量的作用域在方法内部,当方法执行完,局部变量也就没用了。可以这么说,方法返回时,局部变量也就“消亡”了。此时,我们会联想到调用栈的栈帧。没错,局部变量就是存放在调用栈里的。此时,我们可以将方法的调用栈用下图表示。





很多人都知道,局部变量会存放在栈里。如果一个变量需要跨越方法的边界,就必须创建在堆里。



调用栈与线程



两个线程就可以同时用不同的参数调用相同的方法。那么问题来了,调用栈和线程之间是什么关系呢?答案是:每个线程都有自己独立的调用栈。我们可以使用下图来简单的表示这种关系。





此时,我们在看下文中开头的问题:Java方法内部的局部变量是否存在并发问题?答案是不存在并发问题!因为每个线程都有自己的调用栈,局部变量保存在线程各自的调用栈里,不会共享,自然也就不存在并发问题。



线程封闭



方法里的局部变量,因为不会和其他线程共享,所以不会存在并发问题。这种解决问题的技术也叫做线程封闭。官方的解释为:仅在单线程内访问数据。由于不存在共享,所以即使不设置同步,也不会出现并发问题!



好了,今天我们就到这儿吧,祝大家节日快乐,我们下期见!!



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写在最后



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发布于: 2020 年 10 月 24 日 阅读数: 2455
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公众号:冰河技术 2020.05.29 加入

Mykit系列开源框架发起者、核心架构师和开发者,《海量数据处理与大数据技术实战》与《MySQL开发、优化与运维实战》作者。【冰河技术】微信公众号作者。

评论 (3 条评论)

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你确定?
2020 年 10 月 29 日 10:57
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欢迎加我微信一起交流 sun_shine_lyz
2020 年 10 月 29 日 19:13
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写得挺好,简单易懂直观。
2020 年 10 月 28 日 13:55
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