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面试题：Java Collection继承体系下的线程安全实现

在Java的Collection接口继承体系中，很多实现类不是线程安全的。请说明如何使这些非线程安全的集合类在线程环境中安全使用？以ArrayList为例，阐述至少两种实现线程安全的方式及其优缺点。
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编程语言Java

知识考点

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面试题答案

一键面试

使用 Collections.synchronizedList

  1. 实现方式：通过 Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()) 方法将 ArrayList 包装成线程安全的列表。例如：
List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
  1. 优点：实现简单，只需调用一个静态方法即可将非线程安全的 ArrayList 转换为线程安全的。
  2. 缺点：性能相对较低，因为在每次访问集合时都需要进行同步操作，这会引入额外的开销。

使用 CopyOnWriteArrayList

  1. 实现方式：直接使用 CopyOnWriteArrayList 类，它内部实现了线程安全机制。例如：
List<String> copyOnWriteList = new CopyOnWriteArrayList<>();
  1. 优点：读操作性能高，因为读操作不需要加锁，在多线程环境下读操作可以并行执行。适用于读多写少的场景。
  2. 缺点：写操作性能低，每次写操作都会创建一个新的数组，然后将原数组的内容复制到新数组中，这会带来较大的开销。同时，由于写操作创建新数组，迭代器遍历的是旧数组，可能会导致迭代器看到的数据与集合当前的数据不一致（产生弱一致性）。

使用 ConcurrentHashMap 替代 ArrayList（适用于特定场景）

  1. 实现方式：如果 ArrayList 主要用于存储键值对形式的数据，且需要线程安全，可以考虑使用 ConcurrentHashMap。例如：
ConcurrentHashMap<Integer, String> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>();
  1. 优点：在高并发环境下性能表现良好，支持高效的并发读写操作。
  2. 缺点：结构与 ArrayList 不同，如果业务逻辑依赖 ArrayList 的特定顺序或索引访问特性，ConcurrentHashMap 无法满足需求。