Java 多線程入門實戰：模擬售票系統演示 synchronized 同步機制

前言

多線程併發控制是 Java 核心難點。經典的「多窗口售票」問題完美演示了臨界區競爭與 synchronized 互斥鎖的基本用法。本文通過完整可運行代碼，展示 10 個線程搶賣 100 張票，保證每張票只賣一次、編號不重不漏。

問題描述

• 共享資源：100 張票（編號 100 遞減至 1）。
• 10 個售票點（線程），每 100ms 賣一張。
• 要求：輸出「第 X 售票點賣出第 Y 張票」，票號連續、無重複、無跳號。

代碼實現

1. 資源類 —— 封裝共享數據與同步操作

class Resource {
    int ticketNum = 100; // 共享票數
    boolean soldOut = false;

    // synchronized 修飾實例方法 → 鎖為 this (Resource 實例)
    public synchronized void sellTicket(Seller seller) {
        if (ticketNum > 0) {
            System.out.println("第" + seller.id + "售票點賣出了第" + ticketNum + "張票……");
            ticketNum--;
        } else {
            soldOut = true; // 標記售罄，線程將退出循環
        }
    }
}

2. 售票點任務類 —— 實現 Runnable

class Seller implements Runnable {
    int id;          // 售票點編號 0-9
    Resource resource; // 共享資源引用

    public Seller(int id, Resource resource) {
        this.id = id;
        this.resource = resource;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (!resource.soldOut) { // 讀取 volatile 建議加 volatile
            resource.sellTicket(this); // 進入同步方法
            try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
        }
    }
}

3. 主程序啟動 10 個線程

public class TicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Resource resource = new Resource(100);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Seller(i, resource)).start();
        }
    }
}

運行效果

輸出示例：

第0售票點賣出了第100張票……
第2售票點賣出了第99張票……
第5售票點賣出了第98張票……
...
第3售票點賣出了第1張票……

票號從 100 遞減至 1，無重複、無遺漏，證明同步有效。

核心知識點深度解析

1. synchronized 作用於實例方法

• 鎖對象 = this (Resource 實例)。
• 所有線程共享同一個 Resource 實例 → 共用同一把鎖 → 互斥進入 sellTicket。

2. 為什麼不用 static 方法？

若改為 static synchronized，鎖為 Resource.class，同樣有效。但實例方法更符合 OO 封裝，支持多資源實例隔離。

3. 可見性問題：soldOut 需 volatile

代碼中 soldOut 由同步方法寫入，非同步讀取（while 循環）。JMM 不保證寫入對其他線程立即可見。生產環境必須加 volatile：

volatile boolean soldOut = false;

4. 睡眠在同步塊外

Thread.sleep(100) 放在 sellTicket() 外部，避免持有鎖睡眠降低併發度。這是「縮小同步範圍」原則的體現。

5. 原子性 vs 復合操作

if (ticketNum > 0) { print; ticketNum--; } 是「檢查-執行」復合操作，必須整體原子化。若拆分為 getTicketNum() + decrease() 兩個同步方法，中間仍有競態窗口。

進階對比：Lock / AtomicInteger / 並發集合

總結

• synchronized 是入門首選，語義清晰、JVM 原生優化。
• 鎖保護的共享可變狀態必須包含「檢查-執行」完整邏輯。
• 標記變量跨線程讀寫需 volatile 保證可見性。
• 耗時操作（I/O、睡眠）移出同步塊，提高吞吐率。

原文鏈接：OSChina 代碼片段