详解java各种集合的线程安全

详解java各种集合的线程安全

在多线程程序中，对于集合类的操作可能会涉及到多个线程同时读写，此时需要考虑线程安全的问题。Java提供了许多线程安全的集合类，本篇文章将详细讲述Java中各种集合的线程安全性问题，以及如何使用这些集合类来保证线程安全。

简介

Java中常用的集合类可以分为List、Set和Map三大类。其中，List表示有序的集合，元素可以重复；Set表示无序的集合，元素不可以重复；Map表示键值对的集合。

在单线程程序中，我们使用集合类时不必担心线程安全问题。但在多线程程序中，线程安全问题就会变得十分重要了。如果在多个线程同时访问同一个集合类时，不进行同步操作，那么就有可能导致数据出错、线程阻塞等问题。

为了解决线程安全的问题，Java提供了多种线程安全的集合类。这些类可以保证多个线程同时访问时，不会出现数据出错、线程阻塞等问题。下面，我们将详细介绍这些集合类。

线程安全的List

CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList是线程安全的List集合类，它可以在不需要同步的情况下进行并发访问。CopyOnWriteArrayList保证了数据的弱一致性，它的读时操作是无锁的，而写时操作需要加锁，因此写时操作性能较低。CopyOnWriteArrayList适用于读多写少的场景。

下面是使用CopyOnWriteArrayList的示例代码：

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
import java.util.Iterator;

public class Demo {

    public static void main(String[] args) {

        CopyOnWriteArrayList<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<Integer>();

        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);

        // 获取迭代器
        Iterator<Integer> it = list.iterator();

        // 在迭代的过程中添加元素
        while (it.hasNext()) {
            list.add(4);
            System.out.println(it.next());
        }
    }
}

上述代码中，我们使用CopyOnWriteArrayList来存储数据，并通过迭代器遍历集合中的元素。在迭代过程中，我们向集合中添加了一个元素。由于CopyOnWriteArrayList是线程安全的，因此程序能够正确执行，输出结果为：

1
2
3

线程安全的Set

ConcurrentSkipListSet

ConcurrentSkipListSet是基于跳表实现的线程安全集合类，它支持高并发的访问。和CopyOnWriteArrayList一样，ConcurrentSkipListSet也保证了读操作的无锁性，写操作需要加锁，并且写操作的性能较差。ConcurrentSkipListSet适用于读多写少的场景。

下面是使用ConcurrentSkipListSet的示例：

import java.util.concurrent.ConcurrentSkipListSet;
import java.util.Iterator;

public class Demo {

    public static void main(String[] args) {

        ConcurrentSkipListSet<Integer> set = new ConcurrentSkipListSet<Integer>();

        set.add(1);
        set.add(2);
        set.add(3);

        // 获取迭代器
        Iterator<Integer> it = set.iterator();

        // 在迭代的过程中添加元素
        while (it.hasNext()) {
            set.add(4);
            System.out.println(it.next());
        }
    }
}

上述代码中，我们使用ConcurrentSkipListSet存储数据，并通过迭代器遍历集合中的元素。在迭代过程中，我们向集合中添加了一个元素。由于ConcurrentSkipListSet是线程安全的，因此程序能够正确执行，输出结果为：

1
2
3

线程安全的Map

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是线程安全的Map集合类，它可以在高并发环境下进行安全的访问。ConcurrentHashMap采用的是分段锁的机制，将整个Map分成若干个Segment，每个Segment都有自己的锁。由于读操作不需要加锁，因此读操作的性能非常好。而在写操作时，只需要对相应的Segment加锁，因此写操作的性能也相对较好。ConcurrentHashMap适用于读写比较均衡的场景。

下面是使用ConcurrentHashMap的示例：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

public class Demo {

    public static void main(String[] args) {

        Map<Integer, String> map = new ConcurrentHashMap<Integer, String>();

        map.put(1, "A");
        map.put(2, "B");
        map.put(3, "C");

        // 获取key的集合
        Set<Integer> keySet = map.keySet();

        // 获取迭代器
        Iterator<Integer> it = keySet.iterator();

        // 在迭代的过程中添加元素
        while (it.hasNext()) {
            map.put(4, "D");
            System.out.println(map.get(it.next()));
        }
    }
}

上述代码中，我们使用ConcurrentHashMap来存储键值对，并通过迭代器遍历Map中的元素。在迭代过程中，我们向Map中添加了一个元素。由于ConcurrentHashMap是线程安全的，因此程序能够正确执行，输出结果为：

A
C
B
D