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.NET 並行程式設計系列（七）：共享資料競爭問題與四大解決策略

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並行程式設計核心挑戰在於共享資料競爭。本文以銀行帳戶餘額並行增減為例，剖析競爭成因並提出四大解決方向。

競爭問題重現

10 個 Task 各自將 Balance 遞增 1000 次，預期結果 10000，實際每次執行結果皆不同且小於 10000：

class BankAccount { public int Balance { get; set; } }
var account = new BankAccount();
Task[] tasks = new Task[10];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    tasks[i] = Task.Factory.StartNew(() => {
        for (int j = 0; j < 1000; j++) account.Balance++;
    });
}
Task.WaitAll(tasks);
Console.WriteLine($"Expected: 10000, Actual: {account.Balance}");

競爭成因分析

account.Balance++ 非原子操作，包含三步驟：

讀取目前值
計算新值（建立暫存變數 +1）
寫回新值

兩個 Task 交錯執行時：

Task1 讀取 0 → Task2 讀取 0 → Task1 寫入 1 → Task2 寫入 1
// 兩次遞增，結果卻只增加 1

因作業系統排程不確定性，每次執行交錯順序不同，導致結果隨機。

四大解決策略

策略	核心思想	比喻（分蛋糕）
1. 循序執行	一次只允許一個 Task 存取共享資料	一次只讓一個人拿蛋糕
2. 資料不可變	共享資料唯讀，不可修改	蛋糕只能看不能吃
3. 隔離	每個 Task 擁有資料私有複本	每人分一塊自己的蛋糕
4. 同步	協調 Task 存取順序（鎖、訊號等）	排隊依序拿蛋糕

策略一：循序執行

本質退化為單執行緒，放棄平行優勢，僅適合極簡單場景。

策略二：資料不可變

C# 關鍵字 const（編譯期常數，型別存取）與 readonly（執行期唯讀，建構函式可指派）：

public class ImmutableBankAccount {
    public const int AccountNumber = 123456;
    public readonly int Balance;
    public ImmutableBankAccount(int initial) { Balance = initial; }
}

適用於真正不可變的資料結構，限制較大，非通用方案。