如何在Java中实现线程之间的数据共享？

在 Java 中实现线程间数据共享是并发编程的核心需求，但需要谨慎处理同步问题以避免竞态条件。以下是几种主要实现方式及其最佳实践：

1. 共享变量与同步机制

通过锁控制对共享对象的访问，避免竞态条件。

• synchronized 关键字
  修饰方法或代码块，确保同一时间仅一个线程访问资源：

  public class Counter {
      private int count = 0;
      public synchronized void increment() { count++; }  // 同步方法
      public int getCount() { return count; }
  }
  

  适用场景：简单计数器或低并发场景。

• ReentrantLock
  提供更灵活的锁控制（如超时、公平锁）：

  private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
  public void update() {
      lock.lock();
      try { /* 修改共享数据 */ } 
      finally { lock.unlock(); }
  }
  

  适用场景：需细粒度锁控制的复杂同步逻辑。

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2. 轻量级通信机制

适用于状态标志或简单原子操作。

• volatile 关键字
  保证变量可见性（不保证原子性）：

  public class StatusChecker {
      private volatile boolean isRunning = true;  // 线程可见
      public void stop() { isRunning = false; }
  }
  

  适用场景：单写多读的状态标志（如停止信号）。

• 原子类（AtomicInteger等）
  基于CAS实现无锁线程安全：

  private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
  public void safeIncrement() {
      counter.incrementAndGet();  // 原子操作
  }
  

  适用场景：计数器、状态位等高频读写操作。

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3. 线程安全容器

直接使用并发集合避免手动同步：

• ConcurrentHashMap：分段锁实现高并发读写。
• CopyOnWriteArrayList：写时复制，适合读多写少场景。

  ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
  map.put("key", 100);  // 线程安全
  

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4. 线程局部变量（ThreadLocal）

为每个线程创建独立数据副本，避免共享：

private static ThreadLocal<Integer> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);
public void setValue(int val) { threadLocal.set(val); }  // 仅当前线程可见

适用场景：线程上下文信息（如用户会话、事务ID）。

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5. 高级协调机制

通过工具类实现线程协作：

• BlockingQueue：生产者-消费者模型的核心工具。

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

  适用场景：任务调度、异步处理。

• CountDownLatch：主线程等待子线程完成。

• CyclicBarrier：多线程相互等待至屏障点。

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6. 生产者-消费者模式（wait()/notify()）

通过共享对象的等待/唤醒机制同步：

public synchronized void produce() throws InterruptedException {
    while (isFull) wait();  // 释放锁并等待
    produceData();
    notifyAll();  // 唤醒消费者
}

注意事项：需在同步块内调用，避免虚假唤醒。

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技术选型建议

场景	推荐方案	优势
高频计数器	原子类（AtomicInteger）	无锁、高性能
复杂同步逻辑	ReentrantLock + Condition	支持多条件队列
读多写少的集合	CopyOnWriteArrayList	读操作无锁
任务调度	BlockingQueue	内置阻塞机制
线程隔离数据（如用户会话）	ThreadLocal	避免同步开销

关键原则：

• 避免锁嵌套：防止死锁（按固定顺序获取锁）。
• 性能权衡：同步代码块 > 同步方法（减少锁范围）。
• 可见性保障：多线程写操作必须同步（volatile仅解决可见性）。

通过综合运用上述技术，可平衡线程安全、性能与代码简洁性。实际开发中优先考虑java.util.concurrent工具类，其内部优化显著降低手动同步风险。