В чем заключаются различия между стеком (stack) и кучей (heap) с точки зрения многопоточности?

В многопоточном приложении каждый поток имеет собственный независимый стек. В стеке хранятся:

• Локальные переменные примитивных типов.
• Ссылки на объекты в куче.
• Аргументы методов.
• Возвращаемые значения методов.

Когда метод вызывается, создается новый фрейм (stack frame) на вершине стека потока. Когда метод завершается, этот фрейм удаляется. Работа со стеком происходит очень быстро, так как это структура LIFO (Last-In, First-Out), и доступ к элементам происходит сверху. Стек потока является приватным и недоступен другим потокам.

Куча - это общая область памяти для всех потоков в приложении. В куче хранятся:

• Экземпляры объектов.
• Массивы.

Объекты в куче создаются с помощью оператора new. Доступ к объектам в куче может осуществляться из любого потока, если у потока есть ссылка на этот объект. Управление памятью в куче осуществляется сборщиком мусора. Это делает работу с кучей медленнее по сравнению со стеком, так как требуется поиск свободного места для новых объектов и сборка неиспользуемых. Из-за того, что куча является общей, возникает необходимость в механизмах синхронизации (например, synchronized блоки, Lock) при работе с общими объектами для предотвращения состояния гонки и обеспечения thread-safe доступа.

Основные различия:

// Пример:
public class MultithreadingMemory {
    private static int sharedVar = 0; // Переменная в куче (объект класса)

    public void methodA() {
        int localVarA = 10; // Локальная переменная в стеке текущего потока
        Object obj = new Object(); // Объект в куче, ссылка localVarA в стеке

        synchronized (this) { // Синхронизация для доступа к общим ресурсам (например, sharedVar)
            sharedVar++;
        }
    }

    public void methodB() {
        int localVarB = 20; // Локальная переменная в стеке текущего потока
        // Доступ к sharedVar из другого потока возможен, если методB вызывается в другом потоке
        // и есть ссылка на объект MultithreadingMemory.
    }
}

Таким образом, в многопоточности стек обеспечивает изоляцию локальных данных для каждого потока, а куча служит общим хранилищем для объектов, что требует особого внимания к синхронизации при параллельном доступе.