Java如何防止数据竞争_Java共享变量访问的正确姿势与同步手段

数据竞争源于多线程并发读写共享变量且缺乏同步；2. synchronized 可保证原子性与可见性，确保同一时刻仅一个线程执行临界区；3. volatile 保证变量可见性与禁止重排序，但不保证复合操作原子性；4. 原子类如 AtomicInteger 基于 CAS 实现高效无锁原子操作；5. 减少共享状态、使用不可变对象和 ThreadLocal 可从根本上避免数据竞争。

在多线程编程中，多个线程同时访问共享变量时容易引发数据竞争（Data Race），导致程序行为不可预测。Java 提供了多种机制来确保共享变量的正确访问，防止数据竞争。关键在于理解内存可见性、原子性和有序性，并合理使用同步手段。

理解数据竞争的根源

当多个线程并发读写同一个共享变量，且至少有一个是写操作，又没有适当的同步控制时，就会发生数据竞争。例如：

上面的 count++ 实际包含三步：读取 count 值、加 1、写回。多个线程同时执行时，可能互相覆盖结果，最终值小于预期。

使用 synchronized 确保原子性与互斥访问

最直接的方式是使用 synchronized 关键字，它可以保证同一时刻只有一个线程能进入临界区。

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或对代码块加锁：

synchronized 不仅保证原子性，还确保了内存可见性——线程释放锁前会将修改刷新到主内存，获取锁后能看到最新的值。

利用 volatile 保证可见性与禁止重排序

如果共享变量只涉及单次读或写，且不需要复合操作的原子性，可以使用 volatile 关键字。

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volatile 能做到：

• 写操作立即刷新到主内存
• 读操作总是从主内存加载最新值
• 禁止指令重排序，适用于双重检查锁定等场景

但注意：volatile 不能替代 synchronized，因为它不保证复合操作的原子性（如 i++）。

借助 java.util.concurrent.atomic 包实现无锁原子操作

对于简单的共享计数或状态标志，推荐使用原子类，如 AtomicInteger、AtomicBoolean 等。

这些类基于 CAS（Compare-And-Swap）机制，在高并发下性能优于 synchronized，适合计数器、状态标志等场景。

合理设计，减少共享状态

最根本的避免数据竞争的方法是尽量减少可变共享状态。可以通过以下方式：

• 使用局部变量代替实例变量
• 采用不可变对象（final 字段、String、Integer 等）
• 使用 ThreadLocal 存储线程私有数据

不可变对象一旦创建就不能修改，天然线程安全。

基本上就这些。掌握 synchronized、volatile 和原子类的适用场景，结合良好的设计原则，就能有效防止 Java 中的数据竞争。关键是根据实际需求选择合适的同步手段，既保证正确性，又兼顾性能。

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