Java 多線程編程：共享對象與數據訪問的兩種核心模式

兩種基本場景

多線程訪問共享數據時，代碼結構通常分為兩類：

1. 代碼相同，數據共享：如賣票系統，多窗口執行同一邏輯，操作同一票池。
2. 代碼不同，數據共享：如生產者-消費者，增量線程與減量線程邏輯不同，共享計數器。

模式一：同一 Runnable 實例共享數據（代碼相同）

public class TicketSeller implements Runnable {
    private int tickets = 100; // 共享數據

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (this) { // 鎖住當前實例
                if (tickets > 0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 賣出第 " + tickets-- + " 張票");
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

// 使用：同一實例傳給多線程
TicketSeller seller = new TicketSeller();
new Thread(seller, "窗口A").start();
new Thread(seller, "窗口B").start();
new Thread(seller, "窗口C").start();

關鍵點：單一 Runnable 實例封裝共享狀態，synchronized(this) 保證原子性。

模式二：不同 Runnable 實例共享數據（代碼不同）

方案 A：獨立共享對象 + 操作方法封裝（推薦）

// 共享數據封裝類
class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() { count++; }
    public synchronized void decrement() { count--; }
    public synchronized int get() { return count; }
}

// 增量任務
class IncrementTask implements Runnable {
    private final Counter counter;
    public IncrementTask(Counter counter) { this.counter = counter; }
    @Override public void run() { for (int i=0;i<100;i++) counter.increment(); }
}

// 減量任務
class DecrementTask implements Runnable {
    private final Counter counter;
    public DecrementTask(Counter counter) { this.counter = counter; }
    @Override public void run() { for (int i=0;i<100;i++) counter.decrement(); }
}

// 使用
Counter shared = new Counter();
new Thread(new IncrementTask(shared)).start();
new Thread(new DecrementTask(shared)).start();

方案 B：內部類訪問外部類字段

public class SharedDataDemo {
    private int sharedCount = 0; // 外部類字段

    // 內部類自動持有外部類引用
    class Increment implements Runnable {
        @Override public void run() {
            for (int i=0;i<100;i++) {
                synchronized (SharedDataDemo.this) { sharedCount++; }
            }
        }
    }
    class Decrement implements Runnable {
        @Override public void run() {
            for (int i=0;i<100;i++) {
                synchronized (SharedDataDemo.this) { sharedCount--; }
            }
        }
    }

    public void start() {
        new Thread(new Increment()).start();
        new Thread(new Decrement()).start();
    }
}

核心設計原則

• 封裝性：將共享數據與操作方法綁定在同一類中（如 Counter），由類內部負責同步，調用者無感知。
• 最小化鎖範圍：同步塊僅覆蓋必要操作，避免在鎖內調用耗時/阻塞方法。
• 不可變對象優先：若共享數據不可變（如 final String、Enum、Guava ImmutableList），無需同步。
• 線程安全集合：優先使用 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList、AtomicInteger 等無鎖/細粒度鎖組件，減少手動同步。

常見錯誤與避坑