Java執行緒安全的集合類：Map、List、Set

Yfeil發表於2024-04-23
Java執行緒

老古董（低效，不建議用）：

原理是所有操作都加同步塊

// Vector
Vector<String> vector = new Vector<String>();

// Hashtable
Hashtable<Integer, String> hashtable = new Hashtable<Integer, String>();

老古董2.0版（換湯不換藥）：

原理還是所有操作都加同步塊

List：Collections.synchronizedList

Set：Collections.synchronizedSet

Map：Collections.synchronizedMap

這三個使用方式完全一致，以下只演示List：

// 建立一個執行緒不安全的ArrayList
List<String> list = new ArrayList<>();
// 將ArrayList轉換為執行緒安全的List
List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(list);

// 操作List可以直接呼叫
// 每個方法內部都有 synchronized (this){ ... } 從而保證了每個操作的原子性
synchronizedList.add("Hello");
synchronizedList.add(" World");

// 由於每個方法只保證自己的原子性
// 如果要進行組合操作，則需要加同步塊，才能確保不被其他執行緒干擾。
synchronized (synchronizedList) {
    if("Hello".equals(synchronizedList.get(0))){
        synchronizedList.add(synchronizedList.get(0) + synchronizedList.get(1));
    }
}

// 對List進行遍歷操作，也需要加同步塊
synchronized (synchronizedList) {
    for (String element : synchronizedList) {
        System.out.println(element);
    }
}

高效3.0：

// 原理：寫時複製，每次修改操作先複製出一份新陣列，在新陣列上做修改，完成後把指標指向新陣列。
// 修改操作加互斥鎖，讀操作無鎖
// 執行緒不安全：普通for遍歷
// 執行緒安全：增強for和forEach，但是遍歷的是快照，無法感知到元素的修改，不保證實時可見性。
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

// 底層使用了CopyOnWriteArrayList，Put操作呼叫了：addIfAbsent（）保證元素不重複。
CopyOnWriteArraySet<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();

// 基於跳錶（Skip List）資料結構實現，由於不需要寫時複製，寫入效率比ArraySet高，讀取效率比ArraySet低。
ConcurrentSkipListSet<Integer> set = new ConcurrentSkipListSet<>();

// ConcurrentHashMap 使用分段鎖（Segment Locking）或者鎖分離技術來減少鎖的競爭，從而提高併發效能。
// 在 JDK 1.8 之前，ConcurrentHashMap 由多個 Segment 組成，每個 Segment 包含一個小的 HashMap，鎖是針對Segment的。
// 從 JDK 1.8 開始，ConcurrentHashMap 使用了 CAS 操作和 synchronized 來實現併發控制，不再使用分段鎖。
ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();

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