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在Java中如何避免线程的竞争条件_Java并发安全设计解析

P粉602998670

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发布时间:2026-02-05 08:16:03

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来源于php中文网

原创

同步块保护共享变量的关键是共用同一锁对象,优先使用并发工具类替代手动同步,警惕非原子复合操作,合理使用ThreadLocal并及时清理。

在java中如何避免线程的竞争条件_java并发安全设计解析

synchronized 块保护共享变量的临界区

竞争条件本质是多个线程同时读写同一变量且缺乏同步,导致结果不可预测。最直接的解法是用 synchronized 显式围住所有访问该变量的代码段,确保同一时刻只有一个线程能执行。

注意:锁对象必须是所有线程共用的同一个实例,不能每次 new 一个新对象;静态变量要用 Class.class 或静态 final 对象做锁,避免锁错对象。

  • 错误写法:new Object() 作为锁 —— 每次新建对象,锁失效
  • 推荐写法:private static final Object lock = new Object();,然后 synchronized(lock) { ... }
  • 若操作的是实例变量,可用 this,但要确保调用方不会暴露或误用该实例作其他同步

优先使用 java.util.concurrent 包里的线程安全类型

不是所有共享状态都需要手写锁。像计数、队列、Map 这类高频场景,JDK 已提供成熟替代品,比手动同步更简洁、更少出错。

例如:用 AtomicInteger 替代 int 计数器,用 ConcurrentHashMap 替代 HashMap,用 BlockingQueue 实现生产者-消费者通信。

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  • AtomicInteger.incrementAndGet() 是原子操作,无需额外同步
  • ConcurrentHashMap 支持高并发读,写操作也只锁段(或使用 CAS),性能远超 synchronized(new HashMap())
  • 别在 ConcurrentHashMap 上加 synchronized —— 锁粒度错配,反而拖慢性能

警惕“看似线程安全”的隐藏竞态

有些操作表面看是单行代码,实则非原子:比如 list.size() > 0 && list.get(0),中间可能被其他线程清空;又如双重检查单例中忘了加 volatile 修饰 instance 字段,会导致部分线程看到未初始化完成的对象。

  • 复合操作(读-改-写)必须整体同步,不能只锁其中一部分
  • 懒汉式单例必须用 volatile + synchronized,否则有指令重排序风险
  • 迭代 ArrayList 时即使加了锁,也要注意外部修改可能触发 ConcurrentModificationException —— 改用 CopyOnWriteArrayList 或保证迭代期间无写入

ThreadLocal 隔离线程私有状态

当每个线程需要自己的一份副本(比如数据库连接、SimpleDateFormat、用户上下文),ThreadLocal 是比加锁更轻量的方案 —— 它从根源上消除共享,自然没有竞争。

但要注意内存泄漏:在线程池场景下,线程长期存活,ThreadLocal 的值若不显式 remove(),会一直持有引用,导致 GC 不掉。

  • 务必在业务逻辑末尾调用 threadLocal.remove(),尤其在 Filter、Interceptor、Runnable 结束前
  • 不要把大对象塞进 ThreadLocal,避免堆外内存压力或 OOM
  • ThreadLocal.withInitial() 创建时更安全,但依然要清理
真正难的不是选哪个工具,而是识别哪些变量/操作构成了共享边界 —— 很多竞态藏在日志打印、缓存更新、甚至配置重载里。一旦发现某处结果偶尔异常,先问:这里有没有跨线程读写同一内存地址?

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