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面试题：Java Collections工具类线程安全集合包装方法与并发包下其他线程安全集合的对比

Java Collections工具类的线程安全集合包装方法（如Collections.synchronizedList()等）和java.util.concurrent包下的线程安全集合（如CopyOnWriteArrayList等）在实现机制、适用场景、内存开销和线程安全性等方面有何异同？请深入分析并举例说明在不同业务场景下如何选择使用。

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难度

编程语言Java

知识考点

AI 面试

面试题答案

实现机制

Collections工具类线程安全集合包装方法：通过在集合的方法中添加synchronized关键字，对方法进行同步控制，每次只能有一个线程访问集合的方法。例如Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())，在对该列表进行操作（如add、remove等）时，会同步执行。
java.util.concurrent包下的线程安全集合：
- CopyOnWriteArrayList：写操作时，会复制一份原数组，在新数组上进行修改，最后将原数组引用指向新数组。读操作直接读取原数组，不需要加锁，这使得读操作性能较高。
- ConcurrentHashMap：在JDK1.7中采用分段锁机制，将哈希表分为多个段（Segment），每个段有自己的锁，不同段的写操作可以并发执行；JDK1.8中采用CAS + synchronized来实现，减少锁的粒度，提高并发性能。

适用场景

Collections工具类线程安全集合包装方法：适用于读多写少，并且对性能要求不是特别高的场景。例如在一些简单的多线程数据统计场景中，操作频率不高，对性能要求相对较低。
java.util.concurrent包下的线程安全集合：
- CopyOnWriteArrayList：非常适合读操作远多于写操作的场景，如事件监听列表。因为读操作无锁，性能好，但写操作因数组复制开销大。
- ConcurrentHashMap：适用于高并发读写的场景，如在高并发的Web应用中存储用户会话信息等，能提供较好的并发性能。

内存开销

Collections工具类线程安全集合包装方法：内存开销相对较小，因为只是在原集合基础上添加同步控制，没有额外复杂的数据结构。
java.util.concurrent包下的线程安全集合：
- CopyOnWriteArrayList：写操作时会复制数组，内存开销较大，特别是当集合元素较多时。
- ConcurrentHashMap：为了实现并发控制，会有一些额外的数据结构开销，如JDK1.7中的Segment数组等，但相比CopyOnWriteArrayList在写时的数组复制开销，在整体内存使用上会根据具体使用情况有所不同。

线程安全性

Collections工具类线程安全集合包装方法：线程安全，通过synchronized保证了同一时间只有一个线程能访问集合方法，但在迭代集合时（如使用Iterator），若不手动同步，仍然可能出现ConcurrentModificationException，需要在迭代时手动同步集合。例如：

List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
synchronizedList.add("a");
synchronizedList.add("b");
synchronized (synchronizedList) {
    Iterator<String> iterator = synchronizedList.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        System.out.println(iterator.next());
    }
}

java.util.concurrent包下的线程安全集合：
- CopyOnWriteArrayList：线程安全，读操作无锁，写操作通过复制数组保证数据一致性，迭代器不会抛出ConcurrentModificationException，因为迭代的是旧数组。

CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
list.add("a");
list.add("b");
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

- **ConcurrentHashMap**：线程安全，在高并发环境下能保证数据的一致性和线程安全，通过锁分段或CAS + synchronized机制实现。

不同业务场景下的选择

读多写少且性能要求一般：选择Collections.synchronizedList等包装方法，如在一些简单的日志记录场景，记录操作频率不高，对性能要求不是特别苛刻。
读操作远多于写操作：选择CopyOnWriteArrayList，例如在事件监听器列表中，注册和注销监听器（写操作）频率低，而事件触发时遍历监听器列表（读操作）频率高。
高并发读写场景：选择ConcurrentHashMap，比如在高并发的电商系统中统计商品浏览量等场景，需要频繁进行读写操作。