多线程面试题深入解析与代码案例

在Java多线程编程的世界里，面试题目往往围绕着核心类与方法的使用、线程间的同步与通信、以及多线程环境下的性能优化等关键知识点展开。本文将通过两个具有代表性的面试题案例，深入探讨多线程编程的定义、目的、条件，并通过对比表格的形式，清晰展示不同知识点之间的差异与联系，同时提供实际代码案例，帮助读者更好地理解和掌握多线程编程的核心概念。

案例一：使用wait()和notify()方法实现线程间的通信

核心类与方法

在Java中，Object类提供了wait()和notify()方法，这两个方法是实现线程间通信的基础。当一个线程执行wait()方法时，它会释放对象的锁并进入等待状态，直到其他线程调用同一个对象的notify()方法，或者notifyAll()方法唤醒所有等待的线程。

使用场景

wait()和notify()通常用于解决生产者-消费者问题，或者任何需要线程间协调的场景。例如，当一个线程需要等待某个条件成立时，可以使用wait()方法暂停执行，而当条件成立时，其他线程通过notify()`唤醒等待的线程。

代码案例

public class ProducerConsumer {
    final Object lock = new Object();
    int count = 0;

    public void produce() {
        synchronized (lock) {
            while (count == 5) {
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                    System.out.println("Thread interrupted: " + e.getMessage());
                }
            }
            count++;
            System.out.println("Produced: " + count);
            lock.notifyAll();
        }
    }

    public void consume() {
        synchronized (lock) {
            while (count == 0) {
                lock.wait();
            }
            count--;
            System.out.println("Consumed: " + count);
            lock.notifyAll();
        }
    }
}

在这个案例中，生产者线程调用produce()方法，消费者线程调用consume()方法。当产品数量为0时，消费者等待；当产品数量达到上限5时，生产者等待。

案例二：使用CountDownLatch实现线程同步

核心类与方法

CountDownLatch是一个同步辅助类，允许一个或多个线程等待一组其他线程完成操作。通过构造函数传递的计数值，每当一个线程完成了它的任务后，会调用countDown()方法来减少计数值。当计数值变为0时，所有等待的线程都会被释放。

使用场景

CountDownLatch适用于需要等待多个线程完成某些操作后再继续执行的场景。例如，在并行处理数据时，主线程可能需要等待所有工作线程完成数据处理才能进行后续操作。

代码案例

public class CountdownExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int numberOfThreads = 5;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(numberOfThreads);

        for (int i = 0; i < numberOfThreads; i++) {
            final int threadNumber = i;
            new Thread(() -> {
                System.out.println("Thread " + threadNumber + " is starting.");
                // 执行某些操作...
                System.out.println("Thread " + threadNumber + " is completed.");
                latch.countDown();
            }).start();
        }

        System.out.println("Main thread is waiting for other threads to complete.");
        latch.await();
        System.out.println("All threads have completed their tasks.");
    }
}

在这个例子中，主线程创建了5个工作线程，并使用CountDownLatch等待所有线程完成。每个工作线程在完成工作后调用countDown()方法。

对比表格

通过上述对比表格，我们可以看到wait()和notify()方法主要用于线程间的条件等待与通知，而CountDownLatch则适用于等待一组线程完成特定的任务。CountDownLatch具有可重复使用的优势，而wait()和notify()则需要更细致的控制。

在多线程编程中，理解并正确使用这些核心类和方法是至关重要的。通过本文的讲解和代码案例，希望能帮助读者在面试中更好地展示自己的多线程编程能力，并在实际工作中更有效地解决并发问题。