Java 函數中的悲觀鎖與樂觀鎖如何實現執行緒安全？

Java 函數中實作執行緒安全的兩種方式：悲觀鎖：在訪問資料之前取得鎖，防止其他執行緒並發訪問，以確保資料一致性。 （synchronized 關鍵字）樂觀鎖：在事務結束時驗證數據，如果數據被修改則回滾事務，以提高並發性。 （java.util.concurrent.atomic 套件中的原子類別）

#Java 函數中的悲觀鎖定與樂觀鎖定如何實現線程安全？

執行緒安全性對於多執行緒環境至關重要，它確保了並發存取資料時資料的完整性和一致性。在 Java 中，悲觀鎖和樂觀鎖是實現執行緒安全的兩大機制。以下我們將探討它們的實現方式並提供實戰案例。

悲觀鎖定

悲觀鎖定基於這樣的假設：任何時候資料都可能被其他執行緒修改。因此，它在存取數據時立即獲取鎖，阻止其他執行緒存取數據，直到鎖被釋放。悲觀鎖的優點是能確保資料的一致性，缺點是可能導致鎖定競爭和死鎖。

synchronized 關鍵字是 Java 中實作悲觀鎖定的常用方法。它將程式碼區塊標記為臨界區，只有取得鎖的執行緒才能進入該程式碼區塊。

public class Counter {

    private int count;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

樂觀鎖定

樂觀鎖定是基於這樣的假設：當執行緒存取資料時，資料不太可能被其他執行緒修改。它在事務結束時才對資料進行驗證，如果資料被修改，則回滾事務。樂觀鎖的優點是能提高並發性，缺點是如果資料被修改，可能會導致交易失敗。

在 Java 中，java.util.concurrent.atomic 套件中的原子類別可以實現樂觀鎖定。原子類中的操作是原子性的，保證了並發存取資料的正確性。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Counter {

    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

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

    public int getCount() {
        return count.get();
    }
}

實戰案例：多執行緒銀行帳戶

為了示範悲觀鎖和樂觀鎖在實際場景中的應用，我們考慮一個多執行緒銀行帳戶。

• 悲觀鎖定實作：

public class BankAccount {

    private int balance;

    public synchronized void withdraw(int amount) {
        if (balance >= amount) {
            balance -= amount;
        }
    }

    public synchronized int getBalance() {
        return balance;
    }
}

• 樂觀鎖定實作：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class BankAccount {

    private AtomicInteger balance = new AtomicInteger(0);

    public void withdraw(int amount) {
        while (true) {
            int currentBalance = balance.get();
            if (currentBalance >= amount) {
                if (balance.compareAndSet(currentBalance, currentBalance - amount)) {
                    break;
                }
            } else {
                break;
            }
        }
    }

    public int getBalance() {
        return balance.get();
    }
}

使用optimistic 鎖定，在提款時，它會獲得當前餘額，然後嘗試使用compareAndSet 原子地減去提款金額。如果餘額不足，則該操作將失敗，並且執行緒將重試。

選擇悲觀鎖定還是樂觀鎖定

選擇悲觀鎖定還是樂觀鎖定取決於具體場景。如果同時存取資料的情況很少，或資料一致性十分關鍵，則悲觀鎖更合適。如果並發存取資料的情況頻繁，且資料一致性允許一定程度的折中，則樂觀鎖更合適。

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