Java 多線程同步核心：synchronized 同步塊 vs 同步方法、鎖對象選擇、JVM 鎖優化演進

問題場景：賣票系統並發超賣

class TicketSeller implements Runnable {
    private int tickets = 5;
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if (tickets > 0) {
                try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) {}
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 賣出第 " + tickets-- + " 張");
            }
        }
    }
}
// 三線程並發輸出：5,4,3,2,1,2,1,0,-1...  出現負數與重複

方案一：同步代碼塊

public void run() {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        synchronized (this) { // 鎖當前實例
            if (tickets > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 賣出第 " + tickets-- + " 張");
            }
        }
    }
}

方案二：同步方法

public synchronized void sell() { // 鎖 this
    if (tickets > 0) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 賣出第 " + tickets-- + " 張");
    }
}
public void run() {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        sell();
        try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) {}
    }
}

核心區別與鎖對象選擇

鎖對象最佳實踐

• 私有 final Object lock = new Object(); — 封裝性最好，防止外部誤用
• 避免鎖 String、Integer 等常量池對象（不同類共享同一把鎖）
• 避免鎖 this 公開可見對象（死鎖風險）

JVM 鎖優化演進（JDK 6+）

1. 偏向鎖：無競爭時，執行緒 ID 寫入 Mark Word，後續進出零開銷
2. 輕量級鎖：輕度競爭，CAS 更新 Mark Word 指向棧中 Lock Record，自旋等待
3. 重量級鎖：激烈競爭，OS Mutex 陷入內核，線程阻塞/喚醒
4. 鎖消除：JIT 逃逸分析發現鎖對象無逃逸 → 直接移除同步
5. 鎖粗化：連續對同一對象加鎖/解鎖 → 合併為一次大範圍同步

volatile 能替代嗎？

不能。volatile 僅保證可見性與有序性，不保證原子性。tickets-- 為「讀-改-寫」三步操作，volatile 無法防止競態條件。需配合 AtomicInteger 或 synchronized。

正確輸出驗證

Thread-0 賣出第 5 張
Thread-1 賣出第 4 張
Thread-2 賣出第 3 張
Thread-0 賣出第 2 張
Thread-1 賣出第 1 張