在 Java 函數中實現執行緒安全性面臨的常見挑戰是什麼？

Java 執行緒安全挑戰包括競爭條件和可見性問題，可以透過互斥存取、不變物件、並發集合和原子變數來解決。例如，在銀行轉帳系統中，使用 synchronized 關鍵字保護帳戶餘額以防止並發存取並確保資金安全。

Java 函數中的執行緒安全性挑戰

並發問題

執行緒並發存取共享資料時，可能發生競爭條件，導致資料不一致或異常行為。

程式碼範例：

public class NonThreadSafeCounter {
    private int count;

    public void increment() {
        count++; // 线程不安全操作
    }
}

兩個執行緒同時呼叫increment() 時，它們可能會同時讀取count 的值並遞增它，從而導致錯誤的結果。

可見性問題

當一個執行緒修改共享記憶體時，其他執行緒可能看不到該變更。

程式碼範例：

public class VisibilityIssue {
    private boolean done = false;

    public void setDone() {
        done = true; // 可见性问题操作
    }

    public boolean isDone() {
        return done;
    }
}

一個執行緒呼叫setDone()，但另一個執行緒呼叫isDone() 可能會傳回false，因為該變更尚未傳播。

解決方案

為了解決執行緒安全性挑戰，可以採用以下方法：

• 互斥存取：使用同步機制，例如synchronized 關鍵字或ReentrantLock，對共享資料提供互斥存取。
• 不變對象：使用不可變對象，一次創建，然後不再修改。
• 並發集合：使用 java.util.concurrent 函式庫中的並發集合，如 ConcurrentHashMap 和 CopyOnWriteArrayList。
• 原子變數：使用 java.util.concurrent.atomic 套件中的原子變量，如 AtomicInteger。

實戰案例

設計線上銀行轉帳系統

在銀行轉帳系統中，對帳戶餘額的並發訪問至關重要。如果沒有適當的線程安全措施，可能會導致資金遺失或重複轉帳。

可以使用 synchronized 關鍵字保護餘額字段，確保每次只有一次轉帳被執行：

public class BankAccount {
    private int balance;

    public synchronized void transfer(int amount) {
        balance -= amount;
    }
}

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