Java 多線程同步區塊詳解與實例

前言

synchronized 關鍵字是 Java 實現線程同步的核心機制。同步區塊可鎖定任意物件，粒度比同步方法更細，能有效減少競爭範圍。本文系統說明四種同步形式、監視器物件原理與實戰範例。

一、四種同步形式

二、代碼示範

1. 實例方法同步 vs 同步區塊（等效）

public class MyClass {
    // 同步方法
    public synchronized void log1(String msg1, String msg2) {
        log.writeln(msg1); log.writeln(msg2);
    }
    // 同步區塊，鎖定 this
    public void log2(String msg1, String msg2) {
        synchronized(this) {
            log.writeln(msg1); log.writeln(msg2);
        }
    }
}

兩者同步於同一實例，效果等同。

2. 靜態方法同步 vs 同步區塊（等效）

public class MyClass {
    public static synchronized void log1(String msg1, String msg2) { ... }
    public static void log2(String msg1, String msg2) {
        synchronized(MyClass.class) { ... }
    }
}

3. 不同鎖物件可並行執行

public class Counter {
    long count = 0;
    public synchronized void add(long value) { this.count += value; }
}

// 兩線程共用同一 Counter 實例 -> 串行執行
Counter counter = new Counter();
new Thread(() -> counter.add(1)).start();
new Thread(() -> counter.add(1)).start();

// 兩線程各用不同 Counter 實例 -> 並行執行
Counter counterA = new Counter(), counterB = new Counter();
new Thread(() -> counterA.add(1)).start();
new Thread(() -> counterB.add(1)).start();

三、完整生產者-消費者範例

class Goods {
    private String name; private int num; private boolean flag = false;
    public synchronized void produce(String name) {
        while (flag) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) {} }
        this.name = name + "編號：" + num++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生產：" + this.name);
        flag = true; notifyAll();
    }
    public synchronized void consume() {
        while (!flag) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) {} }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消費：" + name);
        flag = false; notifyAll();
    }
}

四、關鍵重點

• 同步區塊必須指定監視器物件（synchronized(obj)），僅有一線程能進入同一監視器的同步區塊。
• 選擇恰當鎖物件：實例資源用 this 或私有 final Object lock = new Object()；類別資源用 ClassName.class。
• wait()/notify()/notifyAll() 必須在同步區塊內呼叫，且作用於同一監視器物件。
• 使用 while 而非 if 檢查條件，防止虛假喚醒。

五、總結

同步區塊提供比同步方法更細粒度的鎖控制，能顯著提升並發效能。掌握監視器物件選擇、條件等待與喚醒機制，是編寫正確高效多線程程式的基礎。