Exchanger详解 - 技术栈

Exchanger 是 Java 并发工具类，用于 两个线程间双向交换数据 。线程通过 exchange() 方法阻塞等待配对，直到另一线程到达交换点并传递数据。适用于线程间协作交换结果的场景，如流水线处理或双向通信。

一、核心功能

数据交换：两个线程在同步点交换各自持有的数据。
线程阻塞 ：调用 exchange() 的线程会阻塞，直到配对线程到达交换点。
双向传输：数据可双向传递，支持泛型定义交换对象类型。

二、核心方法

方法	说明
`Exchanger()`	构造方法
`V exchange(V x)`	阻塞当前线程，等待另一线程到达后交换数据
`V exchange(V x, long timeout, TimeUnit unit)`	带超时的交换，超时抛出 `TimeoutException`

三、典型使用场景

生产者-消费者协作 生产者与消费者交换缓冲区（如一个填充数据，另一个处理数据）。
流水线处理 多阶段任务中，前后环节线程交换中间结果。
双向通信协议 如网络通信中客户端与服务端交替发送和接收消息。

四、代码示例（数据交换）

typescript 复制代码

public class ExchangerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();

        new Thread(() -> {
            try {
                String dataA = "数据A";
                System.out.println("线程1发送: " + dataA);
                String received = exchanger.exchange(dataA); // 阻塞等待交换
                System.out.println("线程1收到: " + received);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            try {
                String dataB = "数据B";
                Thread.sleep(1000); // 模拟处理延迟
                System.out.println("线程2发送: " + dataB);
                String received = exchanger.exchange(dataB);
                System.out.println("线程2收到: " + received);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

输出结果：

less 复制代码

线程1发送: 数据A  
线程2发送: 数据B  
线程1收到: 数据B  
线程2收到: 数据A

五、注意事项

仅限两个线程 超过两个线程调用 exchange() 会导致随机配对，可能引发混乱。
死锁风险 若配对线程未到达，或未调用 exchange()，当前线程会永久阻塞。
超时处理 使用带超时的 exchange() 避免无限等待，需捕获 TimeoutException。
数据一致性 交换的对象需考虑线程安全，避免共享数据的并发修改问题。

六、对比其他工具

特性	`Exchanger`	`SynchronousQueue`
数据方向	双向交换	单向传输
线程配对	严格两个线程	可多生产者和消费者
使用场景	协作交换数据	直接传递任务

七、高级用法

1. 缓冲区交换（生产者-消费者模型）

scss 复制代码

Exchanger<List<String>> exchanger = new Exchanger<>();
// 生产者填充缓冲区后交换
List<String> bufferA = new ArrayList<>();
new Thread(() -> {
    while (true) {
        fillBuffer(bufferA); // 生产数据
        bufferA = exchanger.exchange(bufferA); // 交换空缓冲区
    }
}).start();

// 消费者处理缓冲区数据
new Thread(() -> {
    List<String> bufferB = Collections.emptyList();
    while (true) {
        bufferB = exchanger.exchange(bufferB); // 交换填充后的缓冲区
        processBuffer(bufferB); // 消费数据
        bufferB.clear();
    }
}).start();

2. 超时与中断处理

kotlin 复制代码

try {
    String result = exchanger.exchange(data, 2, TimeUnit.SECONDS);
} catch (TimeoutException e) {
    System.out.println("交换超时，执行备用逻辑");
} catch (InterruptedException e) {
    Thread.currentThread().interrupt(); // 恢复中断状态
    System.out.println("线程被中断");
}

总结： Exchanger 是轻量级的线程间数据交换工具，适用于严格的两个线程协作场景。通过双向数据传递简化线程通信逻辑，但需注意线程配对和阻塞风险。在流水线处理或双向通信协议中表现优异，但在复杂多线程场景中应结合其他同步机制使用。