多线程——线程安全的集合类
多线程——线程安全的集合类
目录
·前言
一、多线程环境使用 ArrayList
1.进行加锁
2.使用 SynchronizedList 类
3.使用 CopyOnWriteArrayList 类
二、多线程环境使用队列
1.进行加锁
2.使用阻塞队列
三、多线程环境使用哈希表
1.Hashtable
2.ConcurrentHashMap
（1）缩小锁粒度
（2）使用 CAS 机制
（3）优化扩容操作
3.Hashtable、HashMap 与 ConcurrentHashMap 的区别
·结尾
·前言
在Java多线程编程中，了解哪些集合类是线程安全的至关重要。虽然我们常用的HashMap、ArrayList等集合类在单线程环境下表现良好，但在多线程环境下却可能引发各种并发问题。本文将详细介绍几种线程安全的集合类及其实现原理，帮助开发者在多线程环境中正确使用这些集合类。
一、多线程环境使用 ArrayList
1.进行加锁
为了保证在多线程环境下对ArrayList进行操作的线程安全，可以在调用ArrayList的相关方法时都进行加锁操作，使用synchronized或ReentrantLock。这种方式虽然简单直接，但可能会导致性能瓶颈，因为所有操作都需要等待锁的释放。
2.使用 SynchronizedList 类
使用Collections.synchronizedList方法可以将一个普通的ArrayList转换为线程安全的列表：
List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
这种方式通过在外部添加一层锁来实现线程安全，但所有操作都需要获取锁，因此在高并发场景下性能可能不高。
3.使用 CopyOnWriteArrayList 类
CopyOnWriteArrayList采用写时复制的策略来保证线程安全。当有线程修改列表时，会先复制一份当前列表，然后在新列表上进行修改，最后将引用指向新列表。这种方式适用于读多写少的场景，但如果频繁写入或列表非常大，性能会受到影响。
二、多线程环境使用队列
1.进行加锁
在多线程环境下使用队列时，可以通过在调用队列相关方法时进行加锁来保证线程安全。
2.使用阻塞队列
BlockingQueue接口提供了一系列线程安全的队列实现，如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue等。这些队列不仅提供了阻塞操作，还保证了线程安全。
三、多线程环境使用哈希表
1.Hashtable
Hashtable通过在关键方法上添加synchronized关键字来实现线程安全。这种方式虽然简单，但会导致严重的性能问题，因为所有操作都需要获取同一个锁，即使操作的是不同的键值对。
2.ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap通过以下方式优化了线程安全问题：
（1）缩小锁粒度
ConcurrentHashMap为每个桶（bucket）分配一个独立的锁，这样在操作不同桶时不会发生锁冲突。
（2）使用 CAS 机制
在某些操作中使用CAS（Compare and Swap）机制来实现无锁操作，减少锁的使用。
（3）优化扩容操作
ConcurrentHashMap采用分阶段扩容的方式，每次只迁移部分元素，避免了单次扩容带来的性能开销。
3.Hashtable、HashMap 与 ConcurrentHashMap 的区别
- HashMap：线程不安全，允许键为null。
- Hashtable：线程安全，使用
synchronized锁整个对象，效率较低，不允许键为null。 - ConcurrentHashMap：线程安全，使用分段锁或桶锁，效率较高，不允许键为null。
·结尾
本文介绍了几种常见的线程安全集合类及其实现原理。理解这些集合类的线程安全机制，有助于在多线程编程中正确使用这些类，避免并发问题。同时，这些实现思路也为开发者在其他场景下实现线程安全提供了参考。