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Java 多執行緒資源共享陷阱：從錯誤範例看同步必要性

編輯：Java 相關知識

問題場景

每個執行緒擁有兩個計數器 count1、count2，在 run() 中依序遞增並顯示。邏輯上它們應始終相等，但引入 Watcher 監視執行緒後，卻發現兩者頻繁出現不等狀態（標籤顯示 "Unsynched"）。

錯誤代碼核心片段

public void run() {
    while (true) {
        t1.setText(Integer.toString(count1++));
        t2.setText(Integer.toString(count2++));
        try { sleep(500); } catch (InterruptedException e) {}
    }
}

public void synchTest() {
    Sharing1.incrementAccess(); // 訪問計數
    if (count1 != count2) l.setText("Unsynched");
}

根因分析：執行緒調度的非確定性

雖然 count1++ 與 count2++ 相鄰，但 JVM 可能在兩行之間**暫停當前執行緒**，切換至 Watcher 執行緒執行 synchTest()。此時 count1 已更新而 count2 尚未更新，導致檢測到不一致。

這揭示了多執行緒環境下的核心問題：**無法預測執行緒何時運行、何時被掛起**。共享資源在關鍵區段必須受保護，否則會出現競態條件。

同步解決方案

1. synchronized 關鍵字

public synchronized void run() { ... } // 整個方法同步，粒度較粗

// 或細粒度同步塊
public void run() {
    while (true) {
        synchronized(this) {
            t1.setText(Integer.toString(count1++));
            t2.setText(Integer.toString(count2++));
        }
        try { sleep(500); } catch (InterruptedException e) {}
    }
}

2. 使用 java.util.concurrent 套件（現代最佳實踐）

private final AtomicInteger count1 = new AtomicInteger(0);
private final AtomicInteger count2 = new AtomicInteger(0);

public void run() {
    while (true) {
        int c1 = count1.incrementAndGet();
        int c2 = count2.incrementAndGet();
        t1.setText(String.valueOf(c1));
        t2.setText(String.valueOf(c2));
        // AtomicInteger 保證單次操作原子性，但兩個獨立原子操作仍非事務性
        // 若需強一致性，仍需額外同步或使用 LongAdder + 單一計數器設計
    }
}

設計原則總結

識別共享可變狀態：凡多執行緒可見且可寫的變數，皆為共享資源。
縮小關鍵區：同步塊應僅包含必要操作，減少爭用。
優先使用高階併發工具：Atomic*、ConcurrentHashMap、Lock、Semaphore 等比低層 synchronized 更安全、效能更好。
不可變物件：無狀態或不可變設計可徹底避免同步問題。