JAVA线程安全的集合类分类

news2025/4/1 19:43:32

1. 传统同步集合类(早期实现,性能较低)

  • Vector
    • 动态数组实现,所有方法通过 synchronized 同步锁保证线程安全‌。
  • Stack
    • 继承自 Vector,实现后进先出(LIFO)堆栈,同步锁机制与 Vector 相同‌。
  • Hashtable
    • 基于哈希表,所有方法通过 synchronized 同步锁实现线程安全‌。

注意‌:上述类因锁粒度过大(全局锁),高并发场景下性能较差,已逐渐被并发包替代‌。


2. 并发包高效线程安全集合(java.util.concurrent
  • ConcurrentHashMap
    • 分段锁(Java 7)或 CAS + synchronized(Java 8+)优化锁粒度,支持高并发读写‌。
  • CopyOnWriteArrayList / CopyOnWriteArraySet
    • 写时复制新数组,读操作无锁,适用于 ‌读多写少‌ 场景‌。
  • ConcurrentLinkedQueue
    • 基于链表的无锁队列,通过 CAS 实现高并发线程安全‌。
  • ConcurrentSkipListMap
    • 基于跳表实现的有序映射表,支持并发高效操作‌。

3. 阻塞队列(BlockingQueue
  • ArrayBlockingQueue
    • 基于数组的有界队列,按 FIFO 排序,支持公平锁‌。
  • LinkedBlockingQueue
    • 基于链表的可选有界/无界队列,默认无界‌。
  • PriorityBlockingQueue
    • 无界队列,支持优先级排序‌。
  • SynchronousQueue
    • 不存储元素,直接传递任务,适用于线程池任务调度‌。

ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 等实现类内部使用 ReentrantLock 保证共享资源的互斥访问‌。LinkedBlockingQueue 采用 ‌双锁分离策略‌(putLock 和 takeLock),分别控制入队和出队操作,减少锁竞争,提高并发性能‌。


4. 同步包装器(Collections 工具类)
  • 实现方式
    • Collections.synchronizedList()synchronizedSet()synchronizedMap() 包装非线程安全集合(如 ArrayListHashMap),所有方法添加 synchronized 锁‌。
  • 注意事项
    • 组合操作(如遍历、条件判断)需显式加锁,否则仍可能引发并发问题‌。

选型建议

场景推荐集合类理由
高并发读写 MapConcurrentHashMap分段锁/CAS 优化,性能远超 Hashtable
读多写少的 List/SetCopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet写时复制,无锁读‌
生产者-消费者模型ArrayBlockingQueue/LinkedBlockingQueue阻塞机制简化线程协作‌
简单同步需求(兼容旧代码)Collections.synchronizedXXX()快速包装非线程安全集合,需注意显式锁控制‌

总结

Java 线程安全集合类可分为 ‌传统同步类‌、‌并发包高效类‌、‌阻塞队列‌ 和 ‌同步包装器‌。优先推荐使用 ConcurrentHashMapCopyOnWriteArrayList 和 BlockingQueue 等并发包实现,兼顾性能与线程安全‌;传统类(如 Vector)和同步包装器适用于兼容性场景,但需注意性能开销‌。

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