线程间通信方式

在Java多线程编程中，线程间通信（Inter-Thread Communication）是协调多个线程协同工作的核心技术。以下是主要通信方式及其应用：

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1. wait()/notify()/notifyAll()

一、是什么？
Object类提供的原生方法：

• wait()：释放锁并阻塞当前线程，等待唤醒。
• notify()：随机唤醒一个等待线程。
• notifyAll()：唤醒所有等待线程。

二、解决什么问题
解决线程在共享资源上的等待/通知问题，避免忙等待（busy-waiting），减少CPU浪费。

三、核心方法

synchronized (lock) {
    while (条件不满足) {
        lock.wait(); // 释放锁并等待
    }
    // 执行业务
    lock.notifyAll(); // 唤醒其他线程
}

四、应用场景
生产者-消费者模型（如任务队列）、线程按顺序执行。

五、重要注意事项

• 必须在synchronized块内调用，否则抛IllegalMonitorStateException。
• 推荐用while代替if检查条件，防止虚假唤醒（spurious wakeup）。

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2. Lock与Condition（JDK5+）

一、是什么？
java.util.concurrent.locks.Lock接口替代synchronized，Condition提供更灵活的等待/通知机制。

二、解决什么问题
解决synchronized无法中断、超时等限制，支持多条件队列（如读写锁）。

三、核心方法

Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();

lock.lock();
try {
    while (条件不满足) {
        condition.await(); // 类似wait()
    }
    // 执行业务
    condition.signalAll(); // 类似notifyAll()
} finally {
    lock.unlock();
}

四、应用场景
复杂同步需求（如阻塞队列实现）、高性能并发控制。

五、重要注意事项

• 必须手动释放锁（unlock()），通常放在finally块。
• Condition支持多个等待队列（如生产者/消费者独立唤醒）。

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3. 阻塞队列（BlockingQueue）

一、是什么？
java.util.concurrent.BlockingQueue接口，线程安全的队列，提供阻塞式插入/移除。

二、解决什么问题
简化生产者-消费者模型，避免手动实现wait/notify逻辑。

三、核心方法

• put(E e)：队列满时阻塞插入。
• take()：队列空时阻塞移除。

四、应用场景
线程池任务队列、数据管道（如日志处理）。

五、Java示例

BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);

// 生产者
queue.put("data"); // 阻塞直到空间可用

// 消费者
String data = queue.take(); // 阻塞直到数据可用

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4. 并发工具类（JDK5+）

一、CountDownLatch

• 是什么？ 计数器锁，线程等待其他线程完成。
• 场景：主线程等待所有子线程初始化完成。

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
latch.countDown(); // 子线程调用
latch.await();     // 主线程阻塞等待

二、CyclicBarrier

• 是什么？ 循环屏障，线程相互等待至指定数量。
• 场景：多阶段并行计算（如MapReduce）。

三、Semaphore

• 是什么？ 信号量，控制资源访问并发数。
• 场景：数据库连接池限流。

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5. volatile变量

一、是什么？
轻量级同步机制，保证变量可见性（直接读写主内存）。

二、解决什么问题
解决多线程环境下共享变量的可见性问题（非原子性）。

三、应用场景
状态标志位（如volatile boolean running），双重检查锁定（Double-Checked Locking）。

四、重要注意事项

• 不保证原子性（如i++需配合synchronized或原子类）。

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关键区别

方式	特点	适用场景
wait/notify	需synchronized，基础但易出错	简单同步控制
Lock/Condition	灵活，支持多条件	复杂同步逻辑
BlockingQueue	封装线程安全，开箱即用	生产者-消费者模型
CountDownLatch	一次性等待	主线程等待子线程初始化
volatile	仅保证可见性，非互斥	状态标志、双重检查锁定

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总结

1. 简单同步 → wait/notify或volatile标志位。
2. 复杂同步 → Lock/Condition或并发工具类。
3. 解耦生产消费 → 优先用BlockingQueue。
4. 线程协作 → CountDownLatch/CyclicBarrier。
5. JDK8+优化：优先使用java.util.concurrent包下的类（如CompletableFuture），避免手动实现底层同步。

注意：避免底层wait/notify的复杂性，高并发场景推荐BlockingQueue或并发工具类，减少出错概率并提升可维护性。