Java 多線程同步必要性：臟數據產生原理、JMM 內存模型與原子操作

變量分類與同步需求

純讀操作一般無需同步。

臟數據經典案例

public static int n = 0;
public void run() {
    int m = n;
    yield();  // 釋放 CPU，放大問題
    m++;
    n = m;
}
// 100線程並發 → n 遠小於 100 (如 59)

臟數據產生過程圖解

1. Thread1: m = n (0)
2. Thread1: yield() 釋放 CPU
3. Thread2: m = n (0) (n 仍為 0)
4. Thread1/2 先後執行 m++ → n=m，最終 n=1
5. 100線程重複 → 大量更新丟失

n++ 也不是原子操作！

Java 源碼：n++;
字節碼 (7條指令)：

aload_0
dup
getfield    // 讀取 n 值到棧
iconst_1
iadd        // +1
putfield    // 寫回 n
return

中間可被打斷，同樣產生臟數據。

Java 內存模型 (JMM) 解釋

• 主內存：所有實例/靜態變量 (共享)
• 工作內存：線程私有棧 (局部變量、操作數棧)
• 操作流程：主存讀取 → 工作內存修改 → 寫回主存
• 非原子性：讀取/修改/寫回三步可被打斷

解決方案：同步 = 原子操作

強制同一時間僅一線程操作共享變量，將「讀-改-寫」變為不可分割的原子操作。

1. 上一篇文章： Java 多線程同步入門：synchronized 關鍵字修飾方法、單例模式線程安全與性能陷阱
2. 下一篇文章： Java 多線程數據傳遞與返回：類成員、回調函數與 join 同步三大模式

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