【JAVA基础面经】线程间的通信方式

文章目录前言JMM内存共享变量 volatile⭐Object.wait() / notify() / notifyAll()⭐Lock 和 Condition 接口等待多个事件完成 CountDownLatch⭐循环屏障 CyclicBarrier信号量 Semaphore阻塞队列 BlockingQueue ⭐两个线程交换数据 Exchanger了解异步编程 CompletableFuture了解前言在多线程编程中线程之间需要协调工作进度或交换数据这就是线程间通信。Java 提供了多种线程通信机制JMM内存共享变量 volatile⭐通过一个共享的 volatile 变量作为信号一个线程修改另一个线程循环检测。详情可参考 JMMJava内存模型publicclassVolatileCommunication{privatestaticvolatilebooleanflagfalse;publicstaticvoidmain(String[]args){ThreadwaiternewThread(()-{while(!flag){// 忙等待可加入短 sleep 避免 CPU 空转}System.out.println(检测到 flag 变化退出);});waiter.start();try{Thread.sleep(1000);}catch(InterruptedExceptione){}flagtrue;// 修改信号}}Object.wait() / notify() / notifyAll()⭐wait()释放当前锁进入 WAITING 状态等待其他线程唤醒。notify()随机唤醒一个在该对象上等待的线程。notifyAll()唤醒所有等待线程。必须配合 synchronized 使用且 wait() 通常放在循环中防止虚假唤醒。详情可参考 线程的状态publicclassWaitNotifyDemo{privatestaticfinalObjectlocknewObject();privatestaticbooleanconditionfalse;publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{ThreadwaiternewThread(()-{synchronized(lock){while(!condition){try{System.out.println(等待 condition);lock.wait();}catch(InterruptedExceptione){}}System.out.println(条件满足继续);}});ThreadnotifiernewThread(()-{synchronized(lock){conditiontrue;System.out.println(修改 condition唤醒等待线程);lock.notifyAll();}});waiter.start();Thread.sleep(100);notifier.start();}}Lock 和 Condition 接口Lock 是 synchronized 的增强版Condition 提供了更灵活的等待/通知机制。一个 Lock 可以绑定多个 Condition实现精准唤醒。Lock.lock()获取锁。如果锁已被其他线程持有则当前线程进入阻塞等待Lock.unlock()释放锁。通常放在 finally 块中确保释放。Condition.await()使当前线程进入等待WAITING并释放锁。相当于 Object.wait()。Condition.signal()唤醒一个在该 Condition 上等待的线程。相当于 Object.notify()。Condition.signalAll()唤醒所有在该 Condition 上等待的线程。相当于 Object.notifyAll()。importjava.util.concurrent.locks.Condition;importjava.util.concurrent.locks.ReentrantLock;publicclassConditionDemo{privatestaticfinalReentrantLocklocknewReentrantLock();privatestaticfinalConditionconditionlock.newCondition();privatestaticbooleanflagfalse;publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{ThreadwaiternewThread(()-{lock.lock();try{while(!flag){System.out.println(等待信号);condition.await();}System.out.println(收到信号继续);}catch(InterruptedExceptione){}finally{lock.unlock();}});ThreadsignallernewThread(()-{lock.lock();try{flagtrue;condition.signal();System.out.println(发送信号);}finally{lock.unlock();}});waiter.start();Thread.sleep(100);signaller.start();}}等待多个事件完成 CountDownLatch⭐CountDownLatch 是一个一次性的倒计数器。主线程调用 await() 阻塞直到其他线程调用 countDown() 将计数器减到 0主线程才被唤醒。多个任务线程之间并不直接通信它们是通过与主线程共享 CountDownLatch 对象来实现“主线程等待所有任务完成”的通信效果。importjava.util.concurrent.CountDownLatch;publicclassCountDownLatchDemo{publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{CountDownLatchlatchnewCountDownLatch(3);// 等待 3 个任务for(inti1;i3;i){finalinttaskIdi;newThread(()-{System.out.println(任务 taskId 执行);try{Thread.sleep(1000);}catch(InterruptedExceptione){}latch.countDown();// 计数器减1}).start();}latch.await();// 主线程阻塞直到计数器为0System.out.println(所有任务完成主线程继续);}}CountDownLatch 不可重用计数器减到 0 后无法重置循环屏障 CyclicBarrierCyclicBarrier 让一组线程互相等待直到所有线程都到达屏障点然后一起继续。与 CountDownLatch 不同它可重用通过 reset() 或再次调用 await()importjava.util.concurrent.CyclicBarrier;publicclassCyclicBarrierDemo{publicstaticvoidmain(String[]args){CyclicBarrierbarriernewCyclicBarrier(3,()-{System.out.println(所有线程已到达屏障执行汇总);});for(inti1;i3;i){finalintidi;newThread(()-{System.out.println(线程 id 到达屏障);try{barrier.await();// 等待其他线程}catch(Exceptione){}System.out.println(线程 id 继续执行);}).start();}}}当最后一个线程到达时所有被阻塞的线程同时被唤醒信号量 SemaphoreSemaphore 控制同时访问某个资源的线程数量常用于限流。线程通过 acquire() 获取许可如果无可用许可则阻塞通过 release() 释放许可importjava.util.concurrent.Semaphore;publicclassSemaphoreDemo{publicstaticvoidmain(String[]args){SemaphoresemaphorenewSemaphore(2);// 最多 2 个线程同时访问for(inti1;i5;i){finalintidi;newThread(()-{try{semaphore.acquire();System.out.println(线程 id 获得许可);Thread.sleep(1000);semaphore.release();System.out.println(线程 id 释放许可);}catch(InterruptedExceptione){}}).start();}}}线程之间通过共享的 Semaphore 对象协调并发数量。许可的获取和释放是一种隐式的“限流信号”线程在无法获取许可时进入阻塞队列。阻塞队列 BlockingQueue ⭐生产者和消费者通过队列间接通信队列满时生产者阻塞队列空时消费者阻塞队列内部使用 Lock 和 Condition 实现。常用实现有 ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue。当队列满时尝试 put 元素的线程会被阻塞直到队列有空间。当队列空时尝试 take 元素的线程会被阻塞直到队列有元素。importjava.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;importjava.util.concurrent.BlockingQueue;publicclassBlockingQueueDemo{publicstaticvoidmain(String[]args){BlockingQueueIntegerqueuenewArrayBlockingQueue(5);ThreadproducernewThread(()-{for(inti1;i10;i){try{queue.put(i);System.out.println(生产: i);}catch(InterruptedExceptione){}}});ThreadconsumernewThread(()-{for(inti1;i10;i){try{Integervalqueue.take();System.out.println(消费: val);}catch(InterruptedExceptione){}}});producer.start();consumer.start();}}BlockingQueue 内部封装了 Lock 和 Condition生产者调用 put() → 获取锁 → 如果队列满调用 notFull.await() 释放锁并进入等待集 → 当消费者取走元素后消费者会调用 notFull.signal() 唤醒生产者 → 生产者重新获得锁继续插入。消费者类似。两个线程交换数据 Exchanger了解Exchanger 让两个线程在同步点交换数据适用于双线程数据交换场景如两个线程分别处理数据后互换结果ExchangerStringexchangernewExchanger();// 线程A: String result exchanger.exchange(dataA);// 线程B: String result exchanger.exchange(dataB);异步编程 CompletableFuture了解CompletableFuture 用于异步任务编排支持回调链式调用是 Java 8 推荐的方式通过 Future 的回调机制在任务完成后自动触发后续动作是一种异步消息传递。CompletableFuture.supplyAsync(()-Hello).thenApply(s-s World).thenAccept(System.out::println);