Java高频面试之并发编程-07

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面试官：线程之间有哪些通信方式？

在 Java 多线程编程中，线程间通信（Inter-Thread Communication）的核心目的是协调不同线程的执行顺序或共享数据。以下是线程间通信的常见方式及其实现原理和应用场景：

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1. 共享内存 + 同步机制

原理：线程通过共享变量（如对象、集合）交换数据，通过锁（synchronized、Lock）或原子类（AtomicInteger 等）保证线程安全。
示例：

// 共享变量
private int sharedValue = 0;
private final Object lock = new Object();// 线程 A 写入
synchronized (lock) {sharedValue = 42;lock.notifyAll(); // 通知等待的线程
}// 线程 B 读取
synchronized (lock) {while (sharedValue == 0) {lock.wait(); // 等待通知}System.out.println(sharedValue);
}

适用场景：简单的数据共享，需手动处理同步和竞态条件。

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2. 阻塞队列（BlockingQueue）

原理：线程通过线程安全的队列传递数据，生产者写入队列，消费者从队列读取。队列满或空时自动阻塞。
示例：

BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>(10);// 生产者线程
queue.put("data"); // 队列满时阻塞// 消费者线程
String data = queue.take(); // 队列空时阻塞

适用场景：生产者-消费者模型，解耦生产与消费逻辑。

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3. wait() / notify() / notifyAll()

原理：基于对象监视器（Monitor）的等待-通知机制，需在 synchronized 块中使用。
示例：

public class TaskCoordinator {private boolean isReady = false;public void waitForReady() throws InterruptedException {synchronized (this) {while (!isReady) {this.wait(); // 释放锁并等待}}}public void setReady() {synchronized (this) {isReady = true;this.notifyAll(); // 唤醒所有等待线程}}
}

适用场景：线程间的条件协作（如任务启动前的等待）。

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4. 同步工具类（Semaphore、CountDownLatch 等）

原理：通过计数器或状态控制线程的执行流程。
常用类：

• CountDownLatch：等待多个线程完成初始化。

  CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);// 工作线程
  latch.countDown(); // 计数器减 1// 主线程
  latch.await(); // 等待计数器归零
  

• CyclicBarrier：多线程相互等待至屏障点。

  CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);// 每个线程执行到屏障点后等待
  barrier.await();
  

• Semaphore：控制并发线程数量。

  Semaphore semaphore = new Semaphore(5);semaphore.acquire(); // 获取许可（无可用许可时阻塞）
  semaphore.release(); // 释放许可
  

适用场景：复杂线程协作（如分批任务、资源池管理）。

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5. 管道（PipedInputStream / PipedOutputStream）

原理：通过管道流直接传递字节数据，需成对使用。
示例：

PipedInputStream pis = new PipedInputStream();
PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream();
pis.connect(pos); // 连接输入输出流// 生产者线程写入数据
pos.write("data".getBytes());// 消费者线程读取数据
int data = pis.read();

适用场景：线程间直接传输字节数据（较少使用，性能较低）。

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6. Future 和 Callable

原理：通过 Future 获取另一个线程的异步执行结果。
示例：

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future<Integer> future = executor.submit(() -> {Thread.sleep(1000);return 42;
});// 阻塞等待结果
int result = future.get();

适用场景：异步任务执行与结果获取。

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7. 事件驱动（如 EventBus）

原理：基于发布-订阅模式，线程通过事件总线传递消息。
示例（使用 Guava EventBus）：

EventBus eventBus = new EventBus();// 订阅者
class Subscriber {@Subscribepublic void handleEvent(String event) {System.out.println("Received: " + event);}
}eventBus.register(new Subscriber());// 发布者线程
eventBus.post("Hello");

适用场景：松耦合的事件通知（如 GUI 事件处理）。

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8. 回调（Callback）

原理：线程 A 调用线程 B 的方法时传入回调函数，线程 B 完成任务后调用回调函数通知线程 A。
示例：

interface Callback {void onComplete(String result);
}class Worker {void doWork(Callback callback) {new Thread(() -> {String result = "Done";callback.onComplete(result);}).start();}
}// 调用
new Worker().doWork(result -> System.out.println(result));

适用场景：异步任务完成后的通知。

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对比与选型建议

通信方式	优点	缺点	适用场景
共享内存 + 同步	简单直接	需手动处理同步，易出错	简单数据共享
阻塞队列	线程安全，解耦生产消费	队列容量需合理设置	生产者-消费者模型
wait/notify	灵活的条件控制	需搭配 synchronized 使用	线程条件协作
同步工具类	简化复杂协作逻辑	需理解不同工具的特性	多线程分阶段协作
Future/Callable	支持异步结果获取	仅适用于单次任务	异步任务执行
事件驱动	松耦合，易扩展	依赖第三方库（如 EventBus）	事件通知场景
回调	灵活定制逻辑	回调嵌套可能导致“回调地狱”	异步任务完成通知

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注意事项

1. 线程安全：共享变量必须通过锁或原子类确保可见性和原子性。
2. 死锁预防：避免嵌套锁和循环等待资源。
3. 性能权衡：高并发场景优先选择无锁或细粒度锁（如 ConcurrentHashMap）。
4. 资源释放：确保 wait() 后能正常唤醒，避免线程永久阻塞。