引言

大家好呀！今天要給大家分享一篇關(guān)于線程和異步操作的干貨，主題是 “線程內(nèi)部開(kāi)了異步后的線程怎么共享數(shù)據(jù)”。這個(gè)問(wèn)題看似簡(jiǎn)單，實(shí)則涉及到多線程、異步編程和數(shù)據(jù)共享等多個(gè)概念，是不少Java面試中都會(huì)問(wèn)到的一個(gè)經(jīng)典問(wèn)題。今天，就讓我們通過(guò)一個(gè)故事來(lái)講解這個(gè)問(wèn)題，保證你聽(tīng)了能豁然開(kāi)朗！

故事開(kāi)篇：公司里的小挑戰(zhàn)

話說(shuō)，小米最近收到了一家互聯(lián)網(wǎng)公司的面試邀請(qǐng)。面試官看起來(lái)很友好，他告訴小米：“今天的面試比較特別，我們來(lái)聊聊技術(shù)問(wèn)題。” 于是，面試官一邊翻看著筆記，一邊隨口問(wèn)了一個(gè)問(wèn)題：“你能解釋一下，假如你在Java中開(kāi)啟了一個(gè)異步操作，如何在這個(gè)異步操作內(nèi)部共享數(shù)據(jù)給主線程，或者給其他線程呢？”

小米一開(kāi)始有些愣住了。這是個(gè)相當(dāng)經(jīng)典的面試題，但她知道如果單純從字面意思分析，可能會(huì)出錯(cuò)。于是，小米決定用思考來(lái)拆解這個(gè)問(wèn)題。

異步操作，線程的“秘密武器”

首先，我們得明白異步操作是什么。在Java中，異步操作是指不阻塞當(dāng)前線程的執(zhí)行，讓任務(wù)在后臺(tái)執(zhí)行。常見(jiàn)的異步方式包括使用CompletableFuture、ExecutorService或者通過(guò)@Async注解等。

假設(shè)我們有一個(gè)程序，想讓一個(gè)任務(wù)在后臺(tái)執(zhí)行，并且讓主線程繼續(xù)執(zhí)行其他工作。那么，我們可能會(huì)使用ExecutorService來(lái)啟動(dòng)一個(gè)異步任務(wù)。看下面這個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

圖片

這個(gè)例子中，主線程會(huì)繼續(xù)執(zhí)行而不等異步任務(wù)完成。異步任務(wù)開(kāi)始后，主線程不會(huì)被阻塞，繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的代碼。通過(guò)這種方式，我們可以提高程序的執(zhí)行效率，避免不必要的等待。

但是，問(wèn)題來(lái)了，如何在這個(gè)異步操作內(nèi)部共享數(shù)據(jù)給主線程或其他線程呢？這可不單單是一個(gè)線程池或者異步任務(wù)的簡(jiǎn)單問(wèn)題了，涉及到線程間數(shù)據(jù)共享的問(wèn)題，尤其是在多線程環(huán)境中，數(shù)據(jù)共享的安全性尤為重要。

共享數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)：線程安全和內(nèi)存可見(jiàn)性

異步操作中涉及到線程間的數(shù)據(jù)共享時(shí)，我們需要考慮線程安全和內(nèi)存可見(jiàn)性這兩個(gè)問(wèn)題。線程安全意味著多個(gè)線程訪問(wèn)共享資源時(shí)不會(huì)發(fā)生沖突，內(nèi)存可見(jiàn)性則是確保一個(gè)線程對(duì)共享變量的修改能夠及時(shí)地反映到其他線程中。

如何在異步線程中共享數(shù)據(jù)：幾種常見(jiàn)方式

1. 使用volatile關(guān)鍵字

在多線程中，volatile關(guān)鍵字是解決內(nèi)存可見(jiàn)性的一個(gè)簡(jiǎn)單方法。當(dāng)一個(gè)變量被聲明為volatile時(shí)，所有線程都會(huì)直接從主內(nèi)存中讀取該變量，而不會(huì)從各自的線程緩存中讀取，從而保證了線程間的數(shù)據(jù)同步。

但需要注意的是，volatile并不能保證線程安全，它只是保證了內(nèi)存可見(jiàn)性。

例如，我們可以通過(guò)volatile來(lái)共享數(shù)據(jù)，如下所示：

圖片

在這個(gè)例子中，isCompleted被標(biāo)記為volatile，主線程和異步任務(wù)都能夠?qū)崟r(shí)獲取到該變量的最新值。當(dāng)異步任務(wù)完成時(shí)，isCompleted會(huì)變?yōu)閠rue，主線程會(huì)立即感知到這一變化。

2. 使用CountDownLatch

如果你希望主線程等待多個(gè)異步任務(wù)完成后再繼續(xù)執(zhí)行，可以使用CountDownLatch。CountDownLatch允許主線程在異步任務(wù)完成前等待，等到計(jì)數(shù)器減到零時(shí)，主線程才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。

看下面這個(gè)例子：

圖片

這里，latch.await()會(huì)讓主線程阻塞，直到異步任務(wù)調(diào)用countDown()方法將計(jì)數(shù)器減到零。主線程得到通知后，才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。

3. 使用CompletableFuture

CompletableFuture是Java 8引入的一個(gè)異步編程工具，它提供了更加豐富的API，支持多個(gè)異步任務(wù)的組合、異常處理以及數(shù)據(jù)的共享和傳遞。

圖片

過(guò)CompletableFuture，主線程和異步線程之間的通信非常簡(jiǎn)潔。通過(guò)supplyAsync方法異步執(zhí)行任務(wù)，并通過(guò)future.get()來(lái)獲取異步任務(wù)的結(jié)果。

總結(jié)

經(jīng)過(guò)一番思考，小米終于明白了面試官的問(wèn)題本質(zhì)：當(dāng)線程內(nèi)部啟動(dòng)異步任務(wù)時(shí)，如何在主線程和異步線程之間共享數(shù)據(jù)？這涉及到多線程的同步、內(nèi)存可見(jiàn)性和線程安全等問(wèn)題。我們可以通過(guò)volatile關(guān)鍵字、CountDownLatch、CompletableFuture等工具來(lái)實(shí)現(xiàn)線程間數(shù)據(jù)共享。

通過(guò)這次面試，小米不僅加深了對(duì)多線程編程的理解，還在面試過(guò)程中思考得更加深入。她知道，編程不僅僅是代碼的編寫(xiě)，更是對(duì)問(wèn)題的思考和解決方案的設(shè)計(jì)。

所以，大家在面對(duì)多線程和異步編程的挑戰(zhàn)時(shí)，記得考慮數(shù)據(jù)共享和線程安全的細(xì)節(jié)，掌握好各種同步工具，這樣才能在面試中應(yīng)對(duì)自如，在實(shí)際開(kāi)發(fā)中游刃有余！