Java面向对象程序设计｜模拟银行存取款

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图5.5展示了不同线程对同一数据进行存取的两种情况。对情况a) ，因只存在读操作，类似多人看报，各线程获取的数据是确定的；对情况b) ，因有写操作，当线程以不同顺序执行时， D读取到的值、x的最终值是不确定的。如以D-E-F次序执行， D读到1 ， x值为3；若以F-E-D次序执行， D读到2 ， x值为2 。

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■图5.5多个线程对同一数据读写的两种情况
这种多个线程对同一数据的并发读写（至少有一个线程执行写操作）被称作竞争。竞争会导致数据的不确定性。这种不确定性，有资料将其视为数据访问不安全。
下面以银行存取钱为例介绍上述不确定性必须要被解决。假设银行有账户张三，账户余额100元。现张三及其儿子同时在不同存取款一体机上对该账户进行操作。张三存入200元，其儿子取出300元。假设使用存取一体机时，必须经历{查-改-查}三个步骤。为在本地显示余额和修改金额，一体机上需要有这两个本地变量：余额和输入的数据，见图5.6 。为方便分析，图中对不同位置上的数据和指令做了不同标注，用c/q表示输入的存钱/取钱金额；cm/qm、m分别表示本地缓存余额和账户余额；c1、q1等表示不同机器上的动作。
■图5.6两个线程向同一银行账户同时存取款
根据需求，有m=100 ， c=200 ， q=300 。假设执行序列为{q1-c1-q2-c2-q3-c3} ，对应的指令序列：qm=m;cm=m;m=qm-q;m=cm+c;qm=m;cm=m;代入数据，结果如下：
qm=100;cm=100;m=100-300=-200;m=100+200=300;qm=300;cm=300
换言之，账户原有100元，存200 ，取300 ，执行完毕后，最终余额300 。银行显然不能容忍。可能的执行序列很多，这里不再赘述，请读者自行分析。
【Java面向对象程序设计｜模拟银行存取款】上述现象是{c1-c2-c3}和{q1-q2-q3}以交错方式对同一账户竞争存取所致。若二者以“不可分割”的方式（也称独占方式或互斥方式）执行，如现存后取，或是先取后存，则不会出现上述状况。 Java用synchronized(D){S}框架实现互斥。其中对象D称作临界资源，代码段S称作临界区。该框架表示：S只能以原子（即不可分割）方式访问D 。
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线程的互斥机制-示例
【例5.5】假设账户张三有余额100元，对账户的存取钱过程的动作序列均为“查-改-查” 。需要存入200 ，取出300 。借助线程机制，模拟对张三的账户同时实施存取。
目的：掌握互斥机制的实现和应用框架。
设计：本例主要设计了两个类：账户类Accoun、实施存/取钱的ATM类。其中：
Account类有属性：姓名、金额，用构造函数对这些属性赋值，以及对金额的read/write方法、获取姓名的getName方法。
ATM类涉及对账户存/取特定金额，故有两个属性：账户a、存/取金额atmVal（正数表示存钱、负数表示取钱）。为模拟同时执行， ATM类必须是线程类，在run实施存钱或取钱，基本流程为“查-改-查” 。
注意：由于指令执行速度非常快，即使未用互斥框架，线程体运行也可能一次运行完毕（即存钱过程和取钱过程未发生指令交错）。这样难以发现设计问题。故线程体中加入了一些sleep动作。 sleep执行时，当前线程必须放弃处理机控制权转入休眠，线程切换自然就发生了。因此加入sleep可模拟线程频繁切换情形（最坏情形）。这是调试线程的常用策略。另外， sleep所属线程会放弃cpu ，但不会放弃对资源的占用（即不会打开锁）。