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Java中的集合如何进行线程同步_同步集合方案解析

P粉602998670

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发布时间:2025-12-19 14:35:02

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来源于php中文网

原创

Java集合线程同步需依场景选工具:同步包装类适合读多写少但需手动同步迭代和复合操作;并发集合类如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等采用分段锁、CAS等机制提升性能;手动同步应使用私有final锁对象并控制粒度;不可变集合适用于构建后不修改的只读数据,天然线程安全。

java中的集合如何进行线程同步_同步集合方案解析

Java中集合的线程同步不是靠“加锁”就完事,关键在于选对工具、用对场景。直接在非线程安全集合(如 ArrayListHashMap)上手动加 synchronized 块,容易出错且性能差;而盲目使用同步包装类又可能掩盖并发问题。真正有效的方案,是结合数据结构特性、访问模式和一致性要求来选择。

同步包装类:简单但有陷阱

通过 Collections.synchronizedXxx() 可将普通集合转为线程安全版本,例如:

Collections.synchronizedList(new ArrayList())Collections.synchronizedMap(new HashMap())

这类包装类内部对每个方法加了 synchronized(锁的是整个对象),适合读多写少、操作粒度粗的场景。但要注意两点:

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  • 迭代必须手动同步,否则仍可能抛 ConcurrentModificationException。例如遍历时要写成:
    synchronized (syncList) { for (Object o : syncList) { ... } }
  • 复合操作(如“检查是否存在,再添加”)不是原子的,需额外同步块包裹,否则存在竞态条件。

并发集合类:推荐的现代方案

JDK 5 引入的 java.util.concurrent 包提供了真正为高并发设计的集合,它们不依赖全局锁,而是采用分段锁、CAS、不可变性等机制提升吞吐量。

  • ConcurrentHashMap:支持高并发读写,读操作完全无锁,写操作只锁对应桶(JDK 8 后改为 CAS + synchronized 锁单个 Node)。适用于缓存、计数器等高频读写场景。
  • CopyOnWriteArrayList:写时复制,读操作不加锁、无阻塞,适合读远多于写的场景(如监听器列表)。但写操作开销大,且迭代器看到的是快照,无法反映实时变更。
  • ConcurrentLinkedQueue / BlockingQueue 实现(如 ArrayBlockingQueueLinkedBlockingQueue):适用于生产者-消费者模型,前者无锁、后者基于锁+条件队列,按是否需要阻塞行为选择。

手动同步:可控但需谨慎

当标准同步集合无法满足定制需求(比如需要多个集合协同更新、或复杂不变式校验),可自行封装并统一管理锁对象。

  • 避免使用 this 或集合实例本身作为锁,防止外部干扰;建议定义私有 final 锁对象:
    private final Object lock = new Object();
  • 所有涉及共享状态的操作(包括读、写、判断、修改)都必须用同一把锁保护,确保原子性和可见性。
  • 注意锁粒度:锁太粗(如整个方法)影响并发度;锁太细(如每个元素一把锁)增加复杂度和死锁风险。

不可变集合:零同步的终极方案

如果集合构建后不再修改,用不可变集合(如 ImmutableListImmutableMap 来自 Guava,或 JDK 10+ 的 List.of()Map.of())是最安全高效的选择。

  • 天然线程安全:没有可变状态,无需同步,无内存可见性问题。
  • 适用于配置项、枚举映射、静态查找表等只读数据。
  • 注意:不可变 ≠ 不可变引用。若将不可变集合赋值给非 final 字段,仍需保证发布安全(如用 final 修饰字段,或通过安全构造函数发布)。

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