面试题：Java中线程安全的集合有哪些及如何使用

Question

请列举出Java集合框架中常见的线程安全集合，并简要说明在多线程环境下如何正确使用它们，比如使用场景、方法调用等方面。

Answer 1

常见线程安全集合

1. Vector：
   • 简介：是一个动态数组，与ArrayList类似，但它是线程安全的。
   • 使用场景：适用于需要线程安全的动态数组场景，不过由于其同步机制，性能相对ArrayList较差，不适合高并发读写频繁场景。
   • 方法调用：与ArrayList类似，如add(E e)添加元素，get(int index)获取元素等。
2. Hashtable：
   • 简介：是一个散列表，实现了Map接口，键值对都不能为null，线程安全。
   • 使用场景：适用于需要线程安全的键值对存储场景，性能不如ConcurrentHashMap，不适合高并发读写频繁场景。
   • 方法调用：put(K key, V value)添加键值对，get(Object key)获取值等。
3. ConcurrentHashMap：
   • 简介：线程安全的哈希表，允许多个线程同时读，部分线程写，采用分段锁机制提高并发性能。
   • 使用场景：高并发读写场景，是Hashtable的高效替代。
   • 方法调用：put(K key, V value)添加键值对，get(Object key)获取值，compute(K key, BiFunction<? super K,? super V,? extends V> remappingFunction)可用于原子性更新值等。
4. CopyOnWriteArrayList：
   • 简介：线程安全的List，写操作时会复制底层数组，读操作无锁。
   • 使用场景：读多写少场景，因为写操作复制数组开销较大。
   • 方法调用：add(E e)添加元素，get(int index)获取元素等。
5. CopyOnWriteArraySet：
   • 简介：基于CopyOnWriteArrayList实现的线程安全的Set，具有唯一性。
   • 使用场景：读多写少且需要元素唯一性的场景。
   • 方法调用：add(E e)添加元素，contains(Object o)判断是否包含元素等。
6. ConcurrentSkipListMap：
   • 简介：线程安全的有序映射表，基于跳表实现，适用于需要排序的键值对存储且要求线程安全场景。
   • 使用场景：当需要线程安全且按键排序的Map场景。
   • 方法调用：put(K key, V value)添加键值对，get(Object key)获取值，firstKey()获取最小键等。
7. ConcurrentSkipListSet：
   • 简介：线程安全的有序Set，基于ConcurrentSkipListMap实现。
   • 使用场景：需要线程安全且元素有序的Set场景。
   • 方法调用：add(E e)添加元素，contains(Object o)判断是否包含元素，first()获取最小元素等。

多线程环境下正确使用方法

1. 合理选择集合：根据读写频率、是否需要排序、元素唯一性等业务需求选择合适的线程安全集合。如读多写少选CopyOnWriteArrayList或CopyOnWriteArraySet；高并发读写选ConcurrentHashMap等。
2. 避免过度同步：虽然这些集合本身线程安全，但不必要的同步操作（如在集合操作外额外加锁）可能降低性能。
3. 注意迭代器：部分线程安全集合（如CopyOnWriteArrayList）的迭代器创建时基于当时数组快照，迭代过程中数组变化不会反映在迭代器上；而ConcurrentHashMap迭代器弱一致性，能反映部分修改。使用迭代器时要了解其特性。
4. 异常处理：在多线程环境下对集合操作可能抛出异常（如ConcurrentModificationException），要合理捕获处理，确保程序健壮性。