面试题：Java不可变类线程安全在复杂场景下的应用

Question

假设你正在开发一个多线程的金融交易系统，其中涉及到金额等关键数据使用不可变类。在这个系统中，存在不同线程对金额进行读取和统计操作，同时可能有新的交易导致金额不可变类对象的创建。请详细说明如何在保证线程安全的前提下，设计高效的金额处理逻辑，并解释不可变类线程安全特性在其中起到的关键作用。

Answer 1

设计高效的金额处理逻辑并保证线程安全的方法

1. 使用不可变类存储金额：不可变类一旦创建，其内部状态就不可改变。例如定义一个 Money 类，包含金额字段且该字段为 final 修饰，构造函数初始化后无法修改。

public final class Money {
    private final BigDecimal amount;
    public Money(BigDecimal amount) {
        this.amount = amount;
    }
    public BigDecimal getAmount() {
        return amount;
    }
}

2. 读取操作：由于不可变类的线程安全特性，读取金额操作不需要额外的同步机制。不同线程可以同时读取金额对象，不会出现数据不一致问题。
3. 统计操作：可以采用线程安全的集合来存储所有涉及金额的不可变对象，比如 CopyOnWriteArrayList。在进行统计时，遍历该集合，因为集合是线程安全的，且其中元素为不可变对象，所以统计操作不会受并发影响。

CopyOnWriteArrayList<Money> moneyList = new CopyOnWriteArrayList<>();
BigDecimal totalAmount = moneyList.stream()
                                 .map(Money::getAmount)
                                 .reduce(BigDecimal.ZERO, BigDecimal::add);

4. 新交易创建金额对象：在新交易发生时，创建新的不可变金额对象。因为对象创建过程是原子的，不会产生线程安全问题。例如：

Money newTransactionMoney = new Money(new BigDecimal("100.00"));
moneyList.add(newTransactionMoney);

不可变类线程安全特性的关键作用

1. 简化同步控制：不可变类不需要额外的锁机制来保证数据在多线程环境下的一致性。多个线程同时访问不可变对象时，无需担心一个线程修改了对象状态而影响其他线程，大大简化了并发编程中的同步控制逻辑。
2. 避免数据竞争：由于不可变对象状态不能被修改，不存在多个线程同时对同一数据进行读写操作导致的数据竞争问题，这是保证线程安全的核心，提高了系统在高并发场景下的稳定性和可靠性。
3. 支持共享：不可变对象可以在多个线程间自由共享，无需担心线程安全问题，这有助于提高系统资源利用率和性能，比如上述统计操作中可以直接遍历共享的不可变金额对象集合。