Java 多線程實戰：基於 Runnable 實現的 ATM 存取款模擬

為什麼選擇實現 Runnable？

當線程類已繼承其他類時，無法繼承 Thread，只能實現 Runnable；且統一實現介面風格，便於線程池提交、解耦任務與執行機制。

線程五大狀態速覽

• 新建：new Thread()，未獲取資源
• 可運行：start() 後，就緒等待 CPU
• 運行中：佔用 CPU，執行 run()
• 阻塞：等待鎖、I/O、sleep、wait
• 死亡：run() 結束或異常終止

核心類設計

1. 賬戶類 - 共享資源

public class Account {
    private String name;
    private int balance; // 余額

    public synchronized void deposit(int amount) { // 存款
        balance += amount;
    }

    public synchronized int withdraw(int amount) { // 取款
        if (balance >= amount) {
            balance -= amount;
            return amount;
        } else {
            int all = balance;
            balance = 0;
            return all; // 余額不足取走全部
        }
    }

    public synchronized int getBalance() { return balance; }
    // getter/setter 略
}

關鍵：所有操作共享資源的方法加 synchronized，保證原子性與可見性。

2. 存款線程

public class SaveMoney extends Thread {
    private Account account;
    private int amount;

    public SaveMoney(Account account, int amount) {
        this.account = account;
        this.amount = amount;
    }

    @Override
    public void run() {
        int before = account.getBalance();
        synchronized (account) { // 雙重保險：方法鎖 + 代碼塊鎖
            try { Thread.sleep(5); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
            account.deposit(amount);
            System.out.printf("用戶 %s 存款 %d，存前余額 %d，存後余額 %d%n",
                account.getName(), amount, before, account.getBalance());
        }
    }
}

3. 取款線程

public class FetchMoney extends Thread {
    private Account account;
    private int amount;

    public FetchMoney(Account account, int amount) {
        this.account = account;
        this.amount = amount;
    }

    @Override
    public void run() {
        int before = account.getBalance();
        synchronized (account) {
            try { Thread.sleep(5); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
            int got = account.withdraw(amount);
            System.out.printf("用戶 %s 取款 %d，取前余額 %d，實取 %d，取後余額 %d%n",
                account.getName(), amount, before, got, account.getBalance());
        }
    }
}

4. 測試類：模擬併發存取

public class ThreadATMDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Account acc = new Account();
        acc.setName("ZhouHaiTao");
        acc.setValue(0);

        new SaveMoney(acc, 100).start(); // 存 100
        new SaveMoney(acc, 200).start(); // 存 200
        new FetchMoney(acc, 500).start(); // 取 500（余額不足）
    }
}

運行結果分析

用戶 ZhouHaiTao 存款 100，存前余額 0，存後余額 100
用戶 ZhouHaiTao 存款 200，存前余額 0，存後余額 300
用戶 ZhouHaiTao 取款 500，取前余額 0，實取 300，取後余額 0

輸出順序不固定（取決於線程調度），但余額計算始終正確，證明 synchronized 正確保護了臨界區。

進階優化提示

• 生產環境建議使用 ReentrantLock + Condition 替代 synchronized，支援公平鎖、可中斷等待、多條件變量
• 金額建議用 BigDecimal 避免浮點誤差
• 引入線程池管理線程生命週期，避免頻繁創建銷毀開銷