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Java多線程同步：共享可變數據的正確訪問與volatile關鍵字應用

編輯：Java 相關知識

前言

在多線程程式設計中，若對共享的可變數據訪問缺乏同步機制，後果往往十分嚴重，即使該變量具備原子讀寫特性也不例外。本文將透過具體代碼示例，深入剖析線程同步的核心問題，並展示如何使用 synchronized 與 volatile 關鍵字正確解決數據可見性問題。

問題演示：缺乏同步的後果

考慮以下程式片段，主線程啟動一個後台線程執行計數任務，約 1 秒後嘗試通過設置 stopRequested 標誌來停止該線程：

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class StopThread {
    private static boolean stopRequested;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread backgroundThread = new Thread(() -> {
            int i = 0;
            while (!stopRequested) {
                i++;
                System.out.println(i);
            }
        });
        backgroundThread.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        stopRequested = true;
    }
}

直覺上程式應在 1 秒後結束，但實際執行時後台線程會無限循環。原因在於：後台線程無法看到主線程對 stopRequested 的修改，這就是未同步導致的「數據不可見」問題。

方案一：使用 synchronized 實現同步

為確保讀寫操作的原子性與可見性，必須對讀寫方法均加鎖：

public class StopThread {
    private static boolean stopRequested;

    private static synchronized void requestStop() {
        stopRequested = true;
    }

    private static synchronized boolean stopRequested() {
        return stopRequested;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread backgroundThread = new Thread(() -> {
            int i = 0;
            while (!stopRequested()) {
                i++;
                System.out.println(i);
            }
        });
        backgroundThread.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        requestStop();
    }
}

關鍵點： 寫方法（requestStop）與讀方法（stopRequested）皆需聲明 synchronized，否則無法構成真正的同步語義。

方案二：使用 volatile 簡化同步

volatile 關鍵字能保證變量對所有線程的可見性，且禁止指令重排，是解決此類問題的輕量級方案：

public class StopThread {
    private static volatile boolean stopRequested;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread backgroundThread = new Thread(() -> {
            int i = 0;
            while (!stopRequested) {
                i++;
                System.out.println(i);
            }
        });
        backgroundThread.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        stopRequested = true;
    }
}

此寫法碼簡潔、語義清晰，適用於單一變量的狀態標誌場景。