面试题：Java并发编程之线程安全集合

Question

在Java并发编程中，说一说常见的线程安全集合类有哪些，并简要阐述它们各自适用的场景，比如CopyOnWriteArrayList、ConcurrentHashMap。

Answer 1

1. CopyOnWriteArrayList
   • 适用场景：适用于读多写少的场景。因为每次写操作（如添加、修改元素）都会创建一个新的数组，开销较大，但读操作直接读取数组，无需加锁，性能较高。例如在一些日志记录系统，主要是读取日志信息，偶尔追加新的日志记录。
2. ConcurrentHashMap
   • 适用场景：在高并发环境下，对HashMap的替代。它采用分段锁机制，允许多个线程同时对不同的段进行操作，提高了并发读写的性能。适用于需要在多线程环境下高效地进行数据存储和检索，且对线程安全要求较高的场景，如缓存系统，多个线程可能同时读取缓存数据，也会有线程更新缓存。
3. ConcurrentLinkedQueue
   • 适用场景：适用于需要高效的队列操作，且多线程并发访问的场景。它是基于链表的无界队列，采用无锁算法实现，在高并发下性能较好。常用于实现生产者 - 消费者模型中的队列，例如在消息中间件中，生产者将消息放入队列，消费者从队列中取出消息处理。
4. CopyOnWriteArraySet
   • 适用场景：适用于读多写少，且需要保证元素唯一性的场景。内部是基于CopyOnWriteArrayList实现，利用了其线程安全机制。例如在一些统计系统中，需要统计不重复的数据，且大部分操作是读取统计结果，偶尔添加新的数据。
5. BlockingQueue 及其实现类（如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue）
   • 适用场景：适用于需要线程安全的队列，并且在队列满或空时有阻塞行为的场景。常用于生产者 - 消费者模型，生产者向队列中添加元素，如果队列满则阻塞等待；消费者从队列中取出元素，如果队列为空则阻塞等待。例如在任务调度系统中，任务生产者将任务放入队列，任务消费者从队列中获取任务执行。其中，ArrayBlockingQueue是有界队列，适合对内存使用有限制的场景；LinkedBlockingQueue可以是无界队列（默认），也可以设置为有界，适用于需要动态增长队列容量的场景。