Java 多線程同步代碼塊：解決線程安全問題的核心機制

Java 多線程同步代碼塊：解決線程安全問題的核心機制

為什麼會出現線程安全問題？

多線程並發訪問共享數據時，若操作非原子性（多條語句組合），可能發生：

1. 線程 A 判斷條件滿足，準備執行
2. 線程 B 同樣判斷條件滿足，搶佔 CPU 執行並修改共享數據
3. 線程 A 繼續執行，基於過期數據操作 → 數據不一致

典型案例：售票系統 4 個線程賣 100 張票，出現 0、-1、-2 錯票。

同步代碼塊語法與原理

synchronized (鎖對象) {
    // 操作共享數據的代碼（臨界區）
}

關鍵規則

• 鎖對象任意，但多線程必須共用同一把鎖
• 持有鎖的線程進入同步塊，其他線程阻塞等待
• 同步塊執行完畢自動釋放鎖（異常也會釋放）
• 前提：≥2 個線程 + 同一把鎖 + 操作共享數據

實戰：同步修正售票系統

class Ticket implements Runnable {
    private static int tickets = 100;
    private final Object lock = new Object(); // 共享鎖
    
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (lock) { // 同步塊包裹判斷+操作
                if (tickets > 0) {
                    try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) {}
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
                        + " sale: " + tickets--);
                } else {
                    break; // 賣完退出
                }
            }
        }
    }
}

public class TicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket task = new Ticket(); // 同一任務實例 → 共享 tickets + lock
        new Thread(task, "窗口A").start();
        new Thread(task, "窗口B").start();
        new Thread(task, "窗口C").start();
        new Thread(task, "窗口D").start();
    }
}

關鍵點解析

1. Runnable 實例共享 tickets 與 lock
2. synchronized(lock) 確保「判斷 > 睡眠 > 輸出 > 遞減」原子執行
3. 若將 synchronized 加在 run() 方法上 → 效率極低（全程串行）
4. 鎖對象也可用 this、Ticket.class，但需確保同一實例/類

同步的優缺點與進階

進階替代方案

• Lock 介面：ReentrantLock 支援可中斷、超時、公平鎖、條件變量
• 原子類：AtomicInteger 等 CAS 無鎖操作，適合計數器場景
• 並發集合：ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList
• ThreadLocal：線程隔離，避免共享

總結

同步代碼塊是 Java 解決併發安全的基石，核心在於縮小同步範圍、選擇正確鎖對象、確保共享鎖。實戰中優先考慮無鎖數據結構、不可變對象、線程封閉，必要時再使用同步或 Lock。