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Java 線程模型深度解析：搶佔式與協作式調度、AWT/Swing 事件線程與安全更新

編輯：Java 相關知識

兩種線程調度模型

模型	特徵	Java 實現	開發者責任
搶佔式	OS 強制切換，時間片輪轉	現代 JVM (HotSpot) 在多核預設	正確同步共享資源（鎖、volatile、原子類）
協作式	線程主動讓出 CPU	早期 JVM、單核綠色線程	適時呼叫 `yield()`/`sleep()`，避免佔用

關鍵結論：Java 規範不保證調度模型，代碼必須在兩種模型下都正確工作。

原子操作與 64 位元型別陷阱

原子：≤ 32 位 變數讀寫、volatile 讀寫、引用賦值
非原子：long、double（64 位）非 volatile 讀寫（可能分兩次 32 位操作）

// 危險：非原子寫入可能被讀到半舊半新值
long counter = 0; 

// 安全：volatile 或 AtomicLong
volatile long counter = 0;
AtomicLong counter = new AtomicLong(0);

協作式模型下的正確讓出

yield() 陷阱

// 錯誤：持有鎖時 yield，其他線程無法獲得鎖
synchronized (lock) {
    // 臨界區
    Thread.yield(); // 鎖未釋放！其他線程阻塞在 synchronized 外
}

// 正確：同步塊外 yield
synchronized (lock) { /* 臨界區 */ }
Thread.yield(); // 已釋放鎖

sleep() 與 wait() 差異

細粒度鎖下的 wait() 限制

// 僅釋放當前物件鎖，其他細粒度鎖仍持有
synchronized (lock1) {
    synchronized (lock2) {
        lock2.wait(); // 僅釋放 lock2，lock1 仍持有！
    }
}
// 解決：避免巢狀同步中 wait，或使用 Lock+Condition

AWT/Swing 事件分派線程 (EDT)

核心規則

所有 Swing 元件建構、修改、查詢必須在 EDT
耗時運算絕不能在 EDT，否則 UI 凍結
事件監聽器 (ActionListener 等) 在 EDT 執行，需快速返回

錯誤模式：EDT 執行耗時任務

button.addActionListener(e -> {
    // 錯誤：EDT 執行下載，UI 凍結
    File file = downloadLargeFile(url); 
    textArea.setText("完成");
});

正確模式：SwingWorker / invokeLater

button.addActionListener(e -> {
    // 正確：背景執行緒下載
    new SwingWorker() {
        @Override
        protected File doInBackground() {
            return downloadLargeFile(url); // 背景執行
        }
        @Override
        protected void done() {
            try {
                textArea.setText("完成: " + get()); // EDT 更新 UI
            } catch (Exception ex) { handleError(ex); }
        }
    }.execute();
});

非 EDT 線程安全更新 UI

// 背景執行緒計算完成，需更新 UI
// 錯誤：直接操作 Swing 元件
// label.setText("結果"); // 競態條件、繪製異常

// 正確 1：invokeLater（非阻塞）
SwingUtilities.invokeLater(() -> label.setText("結果"));

// 正確 2：invokeAndWait（阻塞等待）
try {
    SwingUtilities.invokeAndWait(() -> label.setText("結果"));
} catch (Exception e) { handleError(e); }

原理：請求放入 EDT 事件佇列，EDT 循環處理時執行 Runnable.run()，保證線程安全。