Java 執行緒間通訊：共享旗標協作繪製三角形

執行緒協作核心模式：共享變數 + 輪詢等待

本範例展示兩條執行緒透過共享 flag 變數協作，交替執行繪製實心三角形：執行緒 1 輸出前導空格，執行緒 2 輸出星號與換行。雖屬教學示範（生產環境應用 wait/notify 或 BlockingQueue），但清晰展示了「輪流執行」的基本邏輯。

完整程式碼：mainThread.java

public class mainThread {
    public static int flag = 0; // 共享旗標：1=執行緒1工作, 2=執行緒2工作
    int count = 10; // 三角形高度

    public static void main(String[] arg) {
        new mainThread();
    }

    mainThread() {
        thread1 t1 = new thread1(this.count);
        thread2 t2 = new thread2(this.count);
        t1.start();
        t2.start();
        flag = 1; // 讓執行緒 1 先工作
    }

    // 執行緒 1：輸出每行前導空格
    class thread1 extends Thread {
        int count1;
        thread1(int i) { count1 = i; }

        public void run() {
            while (true) {
                if (count1 <= 0) break;
                if (mainThread.flag == 1) { // 輪到我
                    for (int i = 0; i < count1; i++)
                        System.out.print(" ");
                    count1--;
                    mainThread.flag = 2; // 交棒給執行緒 2
                }
            }
        }
    }

    // 執行緒 2：輸出星號並換行
    class thread2 extends Thread {
        int count2;
        thread2(int i) { count2 = i; }

        public void run() {
            int count = 0;
            while (true) {
                if (count >= count2) break;
                if (mainThread.flag == 2) { // 輪到我
                    for (int i = 0; i < (count * 2 + 1); i++)
                        System.out.print("*");
                    System.out.print("\n");
                    count++;
                    mainThread.flag = 1; // 交棒給執行緒 1
                }
            }
        }
    }
}

執行結果：實心三角形

         *
        ***
       *****
      *******
     *********
    ***********
   *************
  ***************
 *****************
*******************

邏輯流程分析

⚠️ 此實作的缺陷與改進

• 忙碌等待：while(true) if(flag==...) 空轉消耗 CPU，無休眠
• 可見性風險：flag 未宣告 volatile，多核心下可能看不到最新值
• 無同步保護：複合操作（檢查+修改）非原子，競態條件風險

改進版：wait/notify 機制（下一篇詳細說明）

// 概念示意
synchronized(lock) {
    while (!myTurn) lock.wait(); // 釋放鎖進入等待集
    // 執行工作
    myTurn = false;
    lock.notifyAll(); // 喚醒其他執行緒
}

現代最佳實務：BlockingQueue 管道通訊

BlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue<>();
// 生產者
queue.put("data");
// 消費者
String data = queue.take(); // 自動阻塞等待，無忙碌等待、天然同步

教學價值總結

此範例雖簡陋，但直觀展示了多執行緒協作的三要素：

1. 共享狀態（flag）
2. 輪流條件（if 檢查）
3. 狀態交接（修改 flag）

理解這層邏輯，進而掌握 wait/notify、Lock/Condition、BlockingQueue、CompletableFuture 等高階協作機制才有根基。