課程

在本講座中，我們將解析什麼是 Java 中的執行緒互相封鎖（deadlock）、為何會發生，以及其成立所需的四個條件。透過含有 synchronized 的實作範例示範如何重現問題，接著學習預防策略：統一資源取得順序、使用帶逾時的 ReentrantLock.tryLock、縮短臨界區、避免多餘的巢狀鎖。也會介紹如何用 Thread Dump 與 jstack 進行診斷、辨識 BLOCKED/ WAITING 狀態，最後附上檢查清單與常見錯誤。

解析並行異常 Livelock 與 Starvation：它們與 Deadlock 有何不同、在程式碼與日誌中如何呈現。展示 Java 範例：『有禮貌的工人』（活鎖）以及由優先權與不公平鎖導致的飢餓。學習如何偵測問題（日誌、 Thread dump、 VisualVM、 Java Mission Control）並防範：在重試前加入隨機延遲（ Thread.sleep）、採用非阻塞演算法、透過帶有 fairness 旗標的 ReentrantLock（ new ReentrantLock(true)）取得公平鎖、謹慎設計臨界區，並避免濫用 setPriority() 與 synchronized。

在這堂課我們將說明為什麼一般的集合（ ArrayList、 HashMap）在多執行緒環境中是危險的，以及套件 java.util.concurrent 提供了哪些執行緒安全的替代方案： ConcurrentHashMap、 CopyOnWriteArrayList、 ConcurrentLinkedQueue、基於跳躍表（skip list）的結構與 BlockingQueue。我們也會討論像 merge、 putIfAbsent、 computeIfAbsent 等原子操作，並與 Collections.synchronizedMap 比較，最後給出實務範例與常見錯誤（弱一致性的迭代器、非原子的操作序列等）。

為什麼在多執行緒中 i ++ 不可靠、什麼是原子操作，以及套件 java.util.concurrent.atomic 如何提供這些操作。解析 AtomicInteger 與 AtomicReference、方法 incrementAndGet()、 compareAndSet(...)、內部機制 CAS（Compare-And-Swap），以及何時該選擇 synchronized、何時該選擇 LongAdder。最後是常見錯誤：複雜操作、ABA，以及巢狀物件的執行緒安全。

如何使用 Thread Dump 搭配 jstack、VisualVM 與 IDE 進行擷取與閱讀，辨識執行緒狀態（ RUNNABLE、 BLOCKED、 WAITING）並找出互鎖。還會講解在 Java Mission Control 與 Java Flight Recorder 中的執行緒監控、日誌實務（執行緒名稱、進入/離開 synchronized）、最小化鎖定、使用 CountDownLatch 進行併發測試，以及解析真實的 deadlock 案例。最後 — 常見錯誤與避免方法。

在本講次中，我們會釐清多執行緒與平行運算的差異：哪些情況重視回應性，哪些情況在多核心上能帶來實際加速。會討論如何透過 Thread 建立執行緒、實作 Runnable，以及使用高階的執行緒池 ExecutorService；也會看一個陣列加總的簡單範例，分析平行運算何時有幫助、何時反而妨礙，以及常見問題：資料競爭、透過 synchronized 進行同步、相互鎖定與負載平衡。最後——提供比較表與情境視覺化。

用專業的方式實作多執行緒：把任務交給 ExecutorService，而不是手動建立 Thread；管理執行緒池、佇列與生命週期（ shutdown()、 shutdownNow()）。說明 Runnable 與 Callable<T> 的差異，透過 Future 及其方法（ get()、 isDone()、 cancel(...)、 isCancelled()）取得結果。示範啟動多個任務、 invokeAll/ invokeAny、處理 ExecutionException，以及常見錯誤。

我們來弄清楚如何用一行程式就把一般資料串流切換為平行處理——透過 parallelStream() 或 .parallel()；了解在 ForkJoinPool.commonPool() 底層發生了什麼；何時平行化能真正加速運算（大型集合、「重」操作），以及哪些情況下反而會變慢。會展示過濾、彙總、排序、效能量測的範例，並說明典型錯誤：在 forEach 中的副作用、順序保留、集合選擇，以及平行度的設定。

Java 平行運算實作指南：任務池 ForkJoinPool 與遞迴任務 RecursiveTask<T>/ RecursiveAction 如何運作，work-stealing（工作竊取）演算法有何助益，如何透過 fork() 拆分任務，並在 compute() 中用 join() 匯總結果。將說明如何用 pool.invoke() 啟動，提供陣列加總與尋找最大值的範例、 ForkJoinPool 在 parallelStream() 中的角色，以及常見錯誤與避免方式。

Java 並行程式設計的實用指南：何時該使用 ExecutorService，在哪些情況 parallelStream 有幫助，以及哪些任務需要 ForkJoinPool。我們將討論使用 ConcurrentHashMap/ CopyOnWriteArrayList 與原子類（ AtomicInteger）來實現執行緒安全，透過 System.nanoTime() 與 JMH 進行效能量測，如何處理 Future.get() 與 ForkJoinTask 的例外，正確回應 InterruptedException，以及日誌記錄（ Thread.currentThread().getName()）與測試（ Awaitility）的技巧。最後附上工具選擇表與常見錯誤。

透過 CompletableFuture 拆解非同步計算的啟動與組合：如何透過 supplyAsync 與 runAsync 啟動任務，處理器 thenApply、 thenAccept、 thenRun 有何差異，以及何時選擇其非同步版本 thenApplyAsync/ thenAcceptAsync/ thenRunAsync。也會談到執行緒（ ForkJoinPool 或你的 Executor）、結果型別（ CompletableFuture<T>、 CompletableFuture<Void>）與常見錯誤：阻塞的 get()/ join()、缺少 exceptionally/ handle/ whenComplete 的錯誤處理，以及嘗試在 thenRun 內使用結果。