在Java中如何实现线程安全的数据共享_Java多线程数据一致性实现解析

synchronized块保护共享变量最直接，需锁最小临界区并用私有锁对象；volatile仅保可见性不保原子性；AtomicInteger等并发工具更高效；ThreadLocal实现线程隔离而非共享。

用 synchronized 块保护共享变量最直接

当多个线程读写同一个对象字段（如 counter++）时，非原子操作会导致数据丢失。加 synchronized 是最基础且可控的方案，关键不是锁整个方法，而是锁最小临界区。

• 优先用私有锁对象（private final Object lock = new Object();），避免锁 this 或类对象引发意外竞争
• 不要在同步块里调用外部可变对象的方法（比如 list.sort(...)），可能造成锁升级或死锁
• synchronized 无法解决“先检查后执行”（check-then-act）问题，例如 if (list.isEmpty()) list.add(x); 需整体包裹

private int counter = 0;
private final Object lock = new Object();

public void increment() {
    synchronized (lock) {
        counter++; // 这才是原子的
    }
}

java.util.concurrent 包里的工具类更高效

对计数、队列、Map 等常见结构，JDK 提供了无锁或分段锁实现，性能远高于粗粒度 synchronized，且语义清晰。

• AtomicInteger 适合简单状态计数，但注意 getAndIncrement() 和 incrementAndGet() 返回值不同
• ConcurrentHashMap 不允许 null 作为 key 或 value，否则抛 NullPointerException
• CopyOnWriteArrayList 适合读多写少场景，但每次写都复制数组，写频繁时内存和 GC 压力大

private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
private ConcurrentHashMap cache = new ConcurrentHashMap<>();

public void addCache(String key, String value) {
    cache.putIfAbsent(key, value); // 原子性保证，无需额外同步
}

ThreadLocal 不是共享，而是“伪共享”隔离

很多人误以为 ThreadLocal 能解决共享数据一致性问题，其实它恰恰相反：每个线程持有一份独立副本。适用于“线程内单次使用、避免参数层层传递”的场景，比如数据库连接、用户上下文。

PHP5 和 MySQL 圣经

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• ThreadLocal 变量不清理会导致内存泄漏（尤其在线程池中），务必在 finally 块或使用 try-with-resources 风格调用 remove()
• 不能用于跨线程传递数据；子线程不会自动继承父线程的 ThreadLocal 值，需显式用 InheritableThreadLocal
• 它的 set() 和 get() 操作本身是线程安全的，但内部对象（如 SimpleDateFormat）仍需自行保证线程安全

private static final ThreadLocal formatter =
    ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"));

public String formatDate(Date date) {
    try {
        return formatter.get().format(date);
    } finally {
        // formatter.remove(); // 忘记这句，在线程复用时可能污染后续请求
    }
}

volatile 仅保证可见性，不保证原子性

volatile 关键字常被误当作“轻量级同步”，但它只做两件事：禁止指令重排序 + 强制每次读写都走主内存。对复合操作（如 i++）完全无效。

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• 适用场景很窄：布尔开关标志（running = false）、一次性发布（如单例双重检查中的 instance 字段）
• 不能替代 synchronized 或原子类，volatile int counter 依然会因竞态导致结果错误
• 在 Java 5+ 中语义已明确，但低版本 JVM 行为不可靠，慎用于老环境

private volatile boolean shutdownRequested = false;

public void shutdown() {
    shutdownRequested = true; // ✅ 安全：单纯写入
}

public void doWork() {
    while (!shutdownRequested) { // ✅ 安全：单纯读取
        // ...
    }
}