Effective Java 項目 11：同步訪問共享可變數據的正確姿勢

核心原則

當多個線程共享可變數據時，每個讀或寫該數據的線程都必須執行同步。缺乏同步會導致數據競爭、內存可見性問題，甚至 JVM 優化導致的邏輯錯誤。

反面教材：沒有同步的停止線程

public class StopThread {
    private static boolean stopRequested; // 非 volatile，無同步

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread backgroundThread = new Thread(() -> {
            int i = 0;
            while (!stopRequested) { // 可能永遠讀不到主線程的修改
                ++i;
            }
        });
        backgroundThread.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        stopRequested = true; // 主線程修改，但背景線程可能不可見
    }
}

現象：程序永不終止。原因：JIT 編譯器可能將循環優化為 if (!stopRequested) while(true) ...，且無同步時主線程的寫入不保證對背景線程可見。

方案一：雙向同步方法（鎖同步）

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

讀寫方法均加 synchronized，確保互斥訪問與內存可見性（happens-before 關係）。缺點：鎖開銷較大，易產生爭用。

方案二：volatile 關鍵字（輕量級同步）

private static volatile boolean stopRequested2;

volatile 保證：

• 可見性：寫入對後續讀取立即可見。
• 禁止指令重排：防止編譯器/CPU 將讀寫重排序。

適用場景：單個變量的讀寫、狀態標誌、雙重檢查鎖單例模式。

代碼對比驗證

@Test
public void testSyncMethod() { // 使用 synchronized 方法
    Thread t = new Thread(() -> {
        while (!stopRequested()) { /* busy */ }
    });
    t.start();
    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    requestStop(); // 1秒後停止，線程正常退出
}

@Test
public void testVolatile() { // 使用 volatile
    Thread t = new Thread(() -> {
        while (!stopRequested2) { /* busy */ }
    });
    t.start();
    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    stopRequested2 = true; // 正常退出
}

深度補充：為什麼 volatile 夠用？

對於 boolean、int、引用類型等單次讀寫原子的操作，volatile 提供的語義已足夠。但若涉及複合操作（如 i++、check-then-act），仍需 synchronized 或 AtomicInteger 等原子類。

總結

記住：同步不僅是互斥，更是內存可見性的契約。沒有同步，就沒有 happens-before，讀線程看到的可能是陈舊值甚至部分構造的對象。