本文深入探讨了在 Java 中实现多线程共享银行账户同步的机制。通过一个实际案例，详细阐述了如何利用 `synchronized` 关键字以及 `wait()` 和 `notifyAll()` 方法来解决并发存取问题，确保账户余额在多个线程同时操作时保持一致性，并严格遵守最小/最大余额限制，从而避免竞态条件和数据不一致。
引言：多线程与共享资源挑战
在并发编程中，当多个线程需要访问和修改同一个共享资源时，如果不采取适当的同步机制，就可能导致数据不一致、竞态条件甚至死锁。银行账户系统就是一个典型的共享资源场景：多个人（线程）可能同时尝试对同一个账户进行存款或取款操作。为了确保账户余额的准确性并遵守业务规则（如最小/最大余额限制），我们必须引入线程同步。
本教程将通过一个 Java 银行账户同步的案例，详细讲解如何使用 synchronized 关键字以及 Object 类的 wait() 和 notifyAll() 方法来构建一个健壮的并发控制系统。
Java 并发基础：synchronized、wait() 与 notifyAll()
在深入案例之前，我们先回顾 Java 中用于线程协作的关键机制：
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synchronized 关键字：
- synchronized 可以修饰方法或代码块。当修饰方法时，它锁定的是当前实例对象（对于静态方法则是 Class 对象）。当修饰代码块时，它锁定的是括号中指定的对象。
- synchronized 确保在任何给定时间只有一个线程可以执行被同步的代码，从而防止多个线程同时修改共享资源，保证原子性。
-
Object.wait() 方法：
- wait() 方法只能在 synchronized 代码块或方法内部调用。
- 当一个线程调用 wait() 时，它会释放当前持有的锁，并进入等待状态，直到被其他线程唤醒（通过 notify() 或 notifyAll()）或者被中断。
- wait() 通常用于当某个条件不满足时，线程需要暂停执行并等待条件满足的场景。
-
Object.notify() 和 Object.notifyAll() 方法：
- 这两个方法也只能在 synchronized 代码块或方法内部调用。
- notify() 随机唤醒一个在该对象上等待的线程。
- notifyAll() 唤醒所有在该对象上等待的线程。
- 通常，当共享资源的状态发生改变，可能使得之前等待的条件现在满足时，会调用这些方法来通知等待的线程。
重要提示：wait(), notify(), `notifyAll() 必须在持有对象监视器（即 synchronized 锁）的情况下调用，否则会抛出 IllegalMonitorStateException。
案例分析：共享银行账户同步实现
假设我们有一个银行账户 Cuenta，由两个 Persona（人）共享。账户有最大存款限制 500 欧元和最小余额限制 1 欧元。Persona 线程会不断尝试存款和取款。如果操作因为余额限制无法进行，线程应等待其他线程改变账户状态，然后继续尝试。
我们将创建三个类：
- BPA：主类，用于启动应用程序。
- Persona：表示操作账户的人，是一个线程。
- Cuenta：表示银行账户，是共享资源。
1. Cuenta 类：核心同步逻辑
Cuenta 类是共享资源，其 ingreso (存款) 和 retiro (取款) 方法必须是同步的，并且包含 wait() 和 notifyAll() 逻辑来处理余额限制。
package BPA;
import java.util.Random;
public class Cuenta {
private int saldo; // 当前余额
private final int saldoMax; // 最大余额限制
private final int saldoMin; // 最小余额限制
public Cuenta(int saldoInicial, int saldoMax) {
this.saldo = saldoInicial;
this.saldoMax = saldoMax;
this.saldoMin = 1; // 最小余额固定为1
}
/**
* 取款操作
* @param nombre 执行操作的人的名称
*/
public synchronized void retiro(String nombre) {
int dinero = new Random().nextInt(350) + 1; // 随机生成取款金额 (1-350)
// 使用 while 循环检查条件，防止虚假唤醒
while ((saldo - dinero) < saldoMin) {
System.out.println(" **** 余额不足！" + nombre + " 尝试提取: " + dinero + "€，当前余额: " + getSaldo() + "€ ****");
System.out.println(" ---- " + nombre + " 正在等待存款以继续提取操作 ---- ");
try {
wait(); // 释放锁并等待，直到被通知
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(nombre + " 的提取操作等待被中断。");
Thread.currentThread().interrupt(); // 恢复中断状态
return; // 退出方法
}
// 唤醒后会重新检查 while 条件
}
// 条件满足，执行取款
this.saldo -= dinero;
System.out.println("Name: " + nombre + " 提取现金: " + dinero + "€, 总余额: " + getSaldo() + "€");
notifyAll(); // 通知所有等待的线程，账户状态已改变
}
/**
* 存款操作
* @param nombre 执行操作的人的名称
*/
public synchronized void ingreso(String nombre) {
int dinero = new Random().nextInt(350) + 1; // 随机生成存款金额 (1-350)
// 使用 while 循环检查条件，防止虚假唤醒
while ((saldo + dinero) > saldoMax) {
System.out.println(" **** 账户已满！" + nombre + " 尝试存入: " + dinero + "€，当前余额: " + getSaldo() + "€ ****");
System.out.println(" ---- " + nombre + " 正在等待取款以继续存款操作 ---- ");
try {
wait(); // 释放锁并等待，直到被通知
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(nombre + " 的存款操作等待被中断。");
Thread.currentThread().interrupt(); // 恢复中断状态
return; // 退出方法
}
// 唤醒后会重新检查 while 条件
}
// 条件满足，执行存款
this.saldo += dinero;
System.out.println("Name: " + nombre + " 存入现金: " + dinero + "€, 总余额: " + getSaldo() + "€");
notifyAll(); // 通知所有等待的线程，账户状态已改变
}
public int getSaldo() {
return saldo;
}
}关键点解析：
- synchronized 关键字修饰 retiro 和 ingreso 方法，确保同一时间只有一个线程能访问这些方法，从而保护 saldo 变量。
- while ((saldo - dinero) saldoMax)：这里使用 while 循环而不是 if 语句来检查条件。这是最佳实践，因为线程被 notifyAll() 唤醒后，并不能保证其等待的条件就一定满足（可能被其他线程抢先改变了状态，或者发生了虚假唤醒）。所以，每次唤醒后都必须重新检查条件。
- wait()：当条件不满足时，线程调用 wait() 释放 Cuenta 对象的锁并进入等待状态。
- notifyAll()：当存款或取款成功改变了账户余额时，调用 notifyAll() 唤醒所有在 Cuenta 对象上等待的线程，让他们有机会重新检查条件并执行操作。
2. Persona 类：线程行为定义
Persona 类代表操作账户的线程，它会不断地尝试进行存款和取款。
package BPA;
import java.util.Random;
public class Persona extends Thread {
String nombre;
private Cuenta cuenta;
public Persona(String nombre, Cuenta cuenta) {
this.nombre = nombre;
this.cuenta = cuenta;
}
@Override
public void run() {
while (true) { // 线程持续运行
// 随机决定是存款还是取款
if (new Random().nextBoolean()) {
cuenta.ingreso(nombre);
} else {
cuenta.retiro(nombre);
}
try {
// 模拟操作间隔，避免CPU空转，并让其他线程有机会执行
Thread.sleep(new Random().nextInt(1000) + 500); // 随机休眠 0.5 到 1.5 秒
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(nombre + " 的操作被中断。");
Thread.currentThread().interrupt(); // 恢复中断状态
break; // 退出循环
}
}
}
}关键点解析：
- Persona 线程的 run() 方法中包含一个无限循环，使其持续执行存款和取款操作。
- Thread.sleep() 用于模拟实际操作中的延迟，并允许操作系统调度其他线程，避免某个线程独占CPU。
- Persona 类本身不需要在 run() 方法上使用 synchronized 或调用 wait()/notifyAll()，因为账户的同步逻辑已完全封装在 Cuenta 类中。
3. BPA 类：应用程序启动器
BPA 类是应用程序的入口点，负责创建账户和人员线程并启动它们。
package BPA;
public class BPA {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个初始余额为40€，最大余额为500€的账户
Cuenta laCuenta = new Cuenta(40, 500);
// 创建两个操作该账户的人（线程）
Persona Ramon = new Persona("Ramon", laCuenta);
Persona Quique = new Persona("Quique", laCuenta);
// 启动线程
Quique.start();
Ramon.start();
try {
// 主线程等待两个Persona线程执行完毕（在此例中由于是无限循环，需要外部中断）
Quique.join();
Ramon.join();
} catch (InterruptedException ex) {
System.out.println("主线程被中断。");
Thread.currentThread().interrupt();
}
System.out.println("所有操作结束，最终余额: " + laCuenta.getSaldo() + "€");
}
}关键点解析：
- main 方法创建了一个 Cuenta 实例，并将其传递给两个 Persona 线程，确保它们操作的是同一个共享账户。
- Quique.start() 和 Ramon.start() 启动线程，使其并发执行。
- join() 方法在实际应用中用于等待线程终止，但在本例中 Persona 线程是无限循环，除非手动中断，否则 join() 将一直等待。
运行效果与注意事项
运行上述代码，你将看到两个 Persona 线程交替进行存款和取款操作。当账户余额达到上限或下限时，相应的线程会自动进入等待状态，直到另一个线程通过操作改变了账户状态并调用 notifyAll() 将其唤醒。
重要注意事项：
- wait() 必须在 while 循环中调用：如前所述，始终使用 while 循环来检查 wait() 的条件，以应对虚假唤醒和多线程竞争导致的条件再次不满足的情况。
- wait(), notify(), notifyAll() 必须在 synchronized 块/方法中调用：这些方法依赖于对象的监视器锁，如果不在同步上下文中调用，将抛出 IllegalMonitorStateException。
- notifyAll() 的选择：在生产者-消费者模型中，如果只有一个线程类型等待，可以使用 notify()。但当有多种类型的线程（例如，等待存款的线程和等待取款的线程）等待在同一个对象上时，使用 notifyAll() 更安全，可以确保所有相关的等待线程都有机会重新评估其条件。
- 死锁风险：虽然本例避免了死锁，但在更复杂的并发场景中，不当的锁顺序或多个锁的使用可能导致死锁。设计时需谨慎。
- **线程中断
