Java并发编程中的死锁与竞态条件：原理、案例与解决方案

一、引言

在高并发系统中，多线程竞争共享资源是不可避免的挑战。Java并发编程中常见的问题包括竞态条件（Race Condition）、死锁（Deadlock）和资源竞争（Resource Contention）。这些问题可能导致数据不一致、程序挂起或性能下降。

本文通过实际案例分析，深入探讨这些问题的成因、表现形式及解决方案，帮助开发者构建更健壮的并发程序。

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二、竞态条件与原子性问题

案例1：银行账户并发操作中的竞态条件

问题描述

多个线程同时修改共享变量（如银行账户余额），导致计算结果错误。

代码示例

public class BankAccount {private int balance;public void deposit(int amount) {balance += amount; // 非原子操作}public void withdraw(int amount) {balance -= amount; // 非原子操作}
}

问题分析

• balance += amount 和 balance -= amount 是读-修改-写操作，中间状态可能被覆盖。
• 预期结果：1000 + (10*100) - (20*50) = 1000。
• 实际结果：可能为 999、1001 或其他随机值。
  

解决方案

1. 使用 synchronized 确保原子性：

   public synchronized void deposit(int amount) { ... }
   public synchronized void withdraw(int amount) { ... }
   

2. 使用原子类（如 AtomicInteger）：

   import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
   private AtomicInteger balance;
   public void deposit