前言：
本篇文章主要讲解面试中经常问到的线程安全的集合类的知识。该专栏比较适合刚入坑Java的小白以及准备秋招的大佬阅读。

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小威在此先感谢各位小伙伴儿了😁

以下正文开始

线程安全的类，集合，关键字总结

Java中的部分类，集合，关键字都能保证线程安全，接下来我们从线程安全的类，集合，关键字详细介绍：

线程安全类

线程安全类：线程安全类是一些经过设计，能够在多线程环境下安全地使用的类，它们大多数都是通过内部实现同步机制保证正常工作。线程安全类主要有以下几种：

• StringBuffer：线程安全的字符串缓冲区，所有对于它的操作都是同步的。
• Vector：线程安全的数组序列，支持对其中的元素进行增删查改等操作。
• Hashtable：线程安全的哈希表，也就是键值对映射（Map），所有对于它的操作都是同步的。
• ConcurrentHashMap：线程安全的哈希表，采用了分段锁的方式，不同线程可以同时对不同的分段进行操作。

线程安全集合

线程安全集合：线程安全集合是能够在线程安全的前提下支持快速地添加、查询、删除其中元素的集合。Java中线程安全的集合主要有以下几种：

• CopyOnWriteArrayList：线程安全的动态数组，它对于写操作会复制当前数组，修改完后再将它赋值给原引用，因此读操作和写操作可以同时进行而不需要加锁。
• CopyOnWriteArraySet：线程安全的集合，它采用了CopyOnWriteArrayList来实现，保证了元素唯一、有序，并且在读操作的同时也可以进行写操作。
• ConcurrentLinkedQueue：线程安全的队列，它采用了CAS（Compare And Swap）算法来保证并发操作时的原子性。

线程安全方法

线程安全方法：Java中也提供了许多线程安全方法，这些方法在多线程环境下能够保证数据的正确性，主要有以下几种：

• synchronized关键字：能够锁住当前代码块或方法，保证同一时间只能有一个线程进入执行该代码块或方法。
• volatile关键字：保证变量的可见性以及禁止指令重排序，从而保证多线程情况下变量的正确性。
• Atomic类：提供了一组原子操作方法，使用CAS算法保证操作的原子性。
• Lock接口及其实现类：提供了更加灵活的锁机制，支持不可重入锁、可重入锁以及读写锁等。
• ThreadLocal类：为每个线程提供了独立的变量副本，从而避免了线程安全问题。

StringBuffer

StringBuffer是Java中用于字符串操作的可变类，它在多线程环境下通过使用synchronized关键字来保证线程安全。

• 方法级别的同步：StringBuffer的方法（如append(), delete(), replace()等）都使用synchronized关键字进行同步。这意味着每个方法在执行时会获取一个对当前StringBuffer实例的锁，防止其他线程同时访问和修改对象。

• 可变性：StringBuffer是可变类，允许在原始字符串上进行修改操作。而不像String类那样是不可变的。这可以避免在多线程环境中创建大量的临时字符串对象，减少内存开销。

• 线程安全的追加操作：StringBuffer的append()方法是线程安全的，因为它在内部使用了同步机制。多个线程可以并发调用append()方法，确保结果正确。

尽管StringBuffer提供了线程安全的操作，但在现代的Java应用程序中，通常更倾向于使用StringBuilder类。与StringBuffer相比，StringBuilder没有同步机制，因此更高效。如果不需要在多线程环境中共享可变字符串对象，建议使用StringBuilder。如果确实需要在多线程环境中进行字符串操作，可以使用StringBuffer来保证线程安全。

Hashtable

Hashtable是Java中的一种哈希表实现，它基于数组和链表结构实现。下面介绍Hashtable的底层原理：

内部存储结构
Hashtable内部使用一个数组来保存元素，每个数组元素称为桶(bucket)。通过将键值哈希后得到索引值，在对应的桶中存储相应的值。如果多个键值映射到同一个索引上，就会在这个索引的桶上形成一个链表。

哈希函数
Hashtable使用哈希函数将键转换成整数索引，从而快速定位桶。Java默认提供了一种简单的哈希函数：hashCode()方法，可以生成32位整数类型的哈希码。

解决哈希冲突
由于不同键可能映射到相同的索引位置上，所以必须要解决哈希冲突问题。通常有两种解决办法：拉链法(Chaining)和线性探测(Linear Probing)。

拉链法：当发生哈希冲突时，在当前位置建立一个链表来存储所有键值映射到该位置上的数据。
线性探测：当发生哈希冲突时，在当前位置往后寻找下一个空槽并插入数据。
Hashtable采用了拉链法来解决哈希冲突。当多个键值映射到同一个桶上时，Hashtable会在这个桶上建立一个链表，将不同的键值对存储在链表中。

扩容
为了避免哈希冲突导致性能下降，Hashtable采用了动态扩容机制。当元素数量超过负载因子(load factor)时，默认0.75，Hashtable会自动进行扩容操作，并重新分配桶数组大小和哈希码。

线程安全
Hashtable是线程安全的，在多线程环境下可以并发访问，但是效率相对较低。因为它采用了synchronized关键字来保证线程安全。

Hashtable小结：

• 方法级别的同步：Hashtable的方法（如put(), get(), remove()等）都使用synchronized关键字进行同步。这意味着每个方法在执行时会获取一个对当前Hashtable实例的锁，阻止其他线程同时访问和修改对象。

• 互斥访问：由于synchronized关键字的存在，一次只能有一个线程访问Hashtable的方法。这种互斥访问确保了线程之间的安全性，并防止并发修改导致数据不一致的问题。

• 内部同步机制：Hashtable使用内部锁来保护其状态。当一个线程正在执行一个方法时，其他线程会被阻塞，直到该线程完成操作。

• 原子操作：Hashtable的方法在执行时是原子的，即一个方法的执行是不可分割的。这确保了操作的完整性，防止多个线程同时对同一个键值对进行操作。

文章到这里就先结束了，感兴趣的可以订阅专栏哈，后续会继续分享相关的知识点。