多线程开发中List的使用

news2025/4/11 15:38:04

由于ArrayList在多线程高并发情况下是不安全的，因此要慎用，那么此时如果涉及到集合操作，应该怎么选：

方案一：Vector:

特点：通过给所有方法都用 synchronized 修饰从而保证线程安全，

缺点：CopyOnWriteArrayList

高并发场景下性能较差（锁竞争严重）。
即使单线程环境也会因同步开销影响性能。

总结：不建议使用。

方案二：`Collections.synchronizedList`

特点：低并发读写，简单封装 ArrayList，所有方法加锁。

缺点：高并必情况下性能不如CopyOnWriteArrayList。

使用示例：

List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
// 复合操作仍需外部同步
synchronized (syncList) {
    if (!syncList.contains("value")) {
        syncList.add("value");
    }
}

方案三：`CopyOnWriteArrayList`

特点：

1.读操作：无锁，直接访问底层数组；

2.写操作：复制新数组，修改后替换旧数组（适合 读多写极少 的场景）。

缺点：

1.写操作开销大（需复制数组）。

2.数据一致性弱：读取的是某一时刻的快照，可能读到旧数据。

使用示例：

// 示例：事件监听器列表
private final List<Listener> listeners = new CopyOnWriteArrayList<>();

拓展：

CopyOnwriteArrayList通过JUC包下的lock来实现线程间的同步的，可实现了读读操作和读写操作不互斥。
它是怎么实现读写不互斥的呢？
在面临写操作的时候，CopyOnwriteArrayList会先复制原来的数组并且在新数组上进行修改，最后再将原数组覆盖。如果写操作过程中发生了线程切换。并且切换到读线程，因为此时数组并未发生覆盖，读操作读取的还是原数组。另外，数组定义private transient volatile Object[] array，其中采用volatile修饰，保证内存可见性，读取线程可以马上知道这个修改。也就是说当读写并发时读操作是在旧数组中读到的旧值(一致性弱)。

方案四：`ConcurrentLinkedQueue`

特点：

1.高并发队列操作（如任务分发），基于 CAS 无锁实现。

2.线程安全：多线程并发添加无需额外同步。

3. 无阻塞：操作立即返回，不会因锁竞争导致线程挂起。

4. 无容量限制：队列会动态扩展。

缺点：

1.不支持随机访问（非 List 接口实现）。

2.弱一致性：迭代器创建后，其他线程的修改可能不会立即反映到遍历中。

3.不支持 remove() 操作：尝试通过迭代器删除元素会抛出 UnsupportedOperationException

使用示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentLinkedQueue<String> queue = new ConcurrentLinkedQueue<>();
        
        // 添加元素（推荐使用 offer）
        queue.offer("A"); // 返回 true 表示成功
        queue.add("B");   // 与 offer 等效
       

        // 读取并移除头部元素
        String head1 = queue.poll(); // 返回 "A"，队列变为 [B]
        System.out.println("Polled: " + head1);

        // 仅读取头部元素（不移除）
        String head2 = queue.peek(); // 返回 "B"，队列仍为 [B]
        System.out.println("Peeked: " + head2);

        // 队列为空时
        queue.poll();               // 移除 "B"，队列为空 []
        String head3 = queue.poll(); // 返回 null
        System.out.println("Polled empty: " + head3);
    }
}