并发容器（Collections）

一、并发安全问题根源

1. List（如ArrayList）

• 问题表现：多线程同时调用add、remove等方法时，可能抛出ConcurrentModificationException或导致数据不一致。
• 根本原因：
  • 非原子性操作：如add操作的流程（检查容量→扩容→插入）在多线程下可能被中断。
  • 结构性修改冲突：多线程同时修改集合结构（如扩容）导致内部数组索引混乱。

2. Set（如HashSet）

• 问题表现：HashSet底层基于HashMap，多线程插入可能丢失数据或触发异常。
• 根本原因：
  • HashMap的线程不安全：HashSet依赖的HashMap在多线程下可能因哈希冲突或扩容导致死循环或数据丢失。

3. Map（如HashMap）

• 问题表现：多线程并发插入或扩容时，可能造成死循环（JDK 1.7）或数据覆盖（JDK 1.8+）。
• 根本原因：
  • 哈希表扩容冲突：多线程同时触发扩容（resize）时，链表或红黑树重构过程中节点引用混乱。
  • 非原子性put操作：多线程同时插入同一哈希桶可能导致数据覆盖。

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二、解决方案

1. List的线程安全实现

• Collections.synchronizedList
  通过同步方法包装普通List，保证原子性但性能较低：

  List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
  

• CopyOnWriteArrayList（推荐）
  写操作复制新数组，读操作无锁，适合读多写少场景：

  List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
  

2. Set的线程安全实现

• Collections.synchronizedSet
  同步方法包装普通Set：

  Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
  

• CopyOnWriteArraySet（推荐）
  基于CopyOnWriteArrayList实现，适合元素少、读多写少：

  Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
  

3. Map的线程安全实现

• ConcurrentHashMap（推荐）

  • JDK 1.7：分段锁（Segment），降低锁粒度。
  • JDK 1.8+：CAS + synchronized锁单个哈希桶，并发性能更高。

  Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
  

• Collections.synchronizedMap
  同步方法包装普通Map，适用于低并发：

  Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
  

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三、对比与选型

集合类型	非安全类	安全实现方案	适用场景
List	ArrayList	CopyOnWriteArrayList	读多写少（如配置信息）
		Collections.synchronizedList	简单同步需求
Set	HashSet	CopyOnWriteArraySet	元素少、读多写少
		Collections.synchronizedSet	低并发场景
Map	HashMap	ConcurrentHashMap	高并发读写（首选）
		Collections.synchronizedMap	兼容旧代码或低并发需求

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四、注意事项

1. 性能权衡：
   • CopyOnWriteArrayList每次写操作复制数组，写频繁时性能差。
   • ConcurrentHashMap在JDK 1.8+中优化为CAS+锁，性能接近无锁。
2. 避免误区：
   • Vector和Hashtable通过全表锁实现安全，但高并发下性能差，不推荐使用。
3. 开发建议：
   • 默认使用ConcurrentHashMap替代HashMap，CopyOnWriteArrayList替代ArrayList。
   • 若需强一致性（如金融场景），需结合显式锁（如ReentrantLock）或数据库事务。

通过选择适合的并发容器，可避免ConcurrentModificationException、数据丢失等问题，同时平衡性能与线程安全。