java如何多线程共用一个变量

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Java中多线程共用一个变量的方法与实现

在Java编程中，多线程环境下共享一个变量是并发编程的常见需求。这种场景下，多个线程可以同时读取或修改同一份数据，从而实现同步协作。主要运用的关键技术点包括synchronized关键字、volatile关键字以及java.util.concurrent包下的原子类等。

步骤一：定义共享变量

首先，我们需要定义一个可供多个线程访问和修改的共享变量。例如：

public class SharedData {
    public int sharedValue;
}

步骤二：使用synchronized关键字实现同步

为了确保线程安全，当多个线程同时操作共享变量时，需要通过synchronized关键字对相关代码块或方法进行同步控制。

public class SharedData {
    public synchronized void increment() {
        this.sharedValue++;
    }

    public synchronized int getSharedValue() {
        return this.sharedValue;
    }
}

以上代码中，increment()方法和getSharedValue()方法都被声明为synchronized。这意味着在同一时间，只有一个线程能够执行这两个方法中的任意一个，从而避免了多线程环境下的竞态条件。

步骤三：使用volatile关键字保证可见性

volatile关键字用于确保多线程环境下的变量可见性和有序性，但不提供互斥锁的功能。若仅需保证变量的更新对所有线程立即可见，可选用此方法。

public class SharedData {
    public volatile int sharedValue;
}

在上述代码中，sharedValue被声明为volatile，这样当该变量在某一线程中被修改后，其他线程可以立即看到这个修改后的值。

步骤四：使用原子类实现无锁同步

Java的java.util.concurrent.atomic包提供了多种原子类，如AtomicInteger，它们内部通过CAS（Compare and Swap）操作实现无锁更新，确保了线程安全且性能较高。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class SharedData {
    public AtomicInteger sharedValue = new AtomicInteger();

    public void increment() {
        sharedValue.incrementAndGet();
    }

    public int getSharedValue() {
        return sharedValue.get();
    }
}

在这个示例中，我们用AtomicInteger替换了原来的整型变量，并通过其提供的原子操作方法incrementAndGet()来实现线程安全的递增。

总结与注意事项

1. 在多线程环境下，共享变量必须谨慎处理，否则可能导致数据不一致或竞态条件。
2. synchronized关键字可以提供互斥锁机制，有效防止数据竞争，但过度使用可能影响程序性能。
3. volatile关键字能保证变量的可见性，但不能替代synchronized关键字解决所有竞态条件问题。
4. 原子类在某些场景下可以提供更高效的线程安全解决方案，尤其适合于计数器、标志位等简单变量的更新。

完整代码示例（基于原子类实现）：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class SharedData {
    public AtomicInteger sharedValue = new AtomicInteger();

    public void increment() {
        sharedValue.incrementAndGet();
    }

    public int getSharedValue() {
        return sharedValue.get();
    }

    public static void main(String[] args) {
        SharedData data = new SharedData();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                data.increment();
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                data.increment();
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();

        try {
            t1.join();
            t2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("Final shared value: " + data.getSharedValue());  // 输出应为20000
    }
}