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一文詳解Java線程安全的集合有哪些

更新時(shí)間：2025年06月02日 11:05:43 作者：＋720

在Java中線程安全的集合類對(duì)于多線程編程至關(guān)重要,它們能夠確保在多個(gè)線程同時(shí)訪問集合時(shí)數(shù)據(jù)的一致性和完整性,下面這篇文章主要介紹了Java線程安全集合有哪些的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

1. 阻塞隊(duì)列 (BlockingQueue)

阻塞隊(duì)列是一種特殊的隊(duì)列，當(dāng)隊(duì)列為空時(shí)，獲取元素的操作會(huì)被阻塞，直到隊(duì)列中有元素可用；當(dāng)隊(duì)列已滿時(shí)，添加元素的操作會(huì)被阻塞，直到隊(duì)列中有空閑位置。

ArrayBlockingQueue：基于數(shù)組的有界阻塞隊(duì)列，按照 FIFO（先進(jìn)先出）原則對(duì)元素進(jìn)行排序。
LinkedBlockingQueue：基于鏈表的可選有界阻塞隊(duì)列（默認(rèn)無界），按照 FIFO 原則對(duì)元素進(jìn)行排序。
PriorityBlockingQueue：無界阻塞隊(duì)列，支持優(yōu)先級(jí)排序。
SynchronousQueue：同步隊(duì)列，不存儲(chǔ)元素，每個(gè)插入操作必須等待另一個(gè)線程的移除操作，反之亦然。
DelayQueue：無界阻塞隊(duì)列，只有在延遲期滿時(shí)才能從中提取元素。
LinkedTransferQueue: 一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的無界阻塞隊(duì)列,它在SynchronousQueue的基礎(chǔ)上添加了transfer方法。

代碼示例 (ArrayBlockingQueue)：

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;

public class BlockingQueueExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);

        // 生產(chǎn)者線程
        Thread producer = new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 20; i++) {
                    queue.put("Item " + i); // 如果隊(duì)列滿了，會(huì)阻塞
                    System.out.println("Produced: Item " + i);
                    Thread.sleep(100);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        // 消費(fèi)者線程
        Thread consumer = new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 20; i++) {
                    String item = queue.take(); // 如果隊(duì)列為空，會(huì)阻塞
                    System.out.println("Consumed: " + item);
                    Thread.sleep(200);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        producer.start();
        consumer.start();
    }
}

2. 并發(fā) Map (ConcurrentMap)

ConcurrentMap 接口是 Map 接口的子接口，提供了線程安全的并發(fā)操作。

ConcurrentHashMap：基于哈希表的線程安全 Map 實(shí)現(xiàn)，使用分段鎖（JDK 1.7）或 CAS + synchronized (JDK 1.8+) 來實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制。
ConcurrentSkipListMap：基于跳表 (Skip List) 的線程安全 Map 實(shí)現(xiàn)，支持排序。

代碼示例 (ConcurrentHashMap)：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();

        // 多個(gè)線程并發(fā)地向 map 中添加元素
        Runnable task = () -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                map.putIfAbsent("Key" + i, i); // 原子操作
            }
        };

        Thread thread1 = new Thread(task);
        Thread thread2 = new Thread(task);

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

3. 并發(fā) Set (ConcurrentSet)

ConcurrentSkipListSet: 基于跳表的線程安全的Set，支持排序。
CopyOnWriteArraySet：基于 CopyOnWriteArrayList 實(shí)現(xiàn)的線程安全 Set。

4. 并發(fā) List (ConcurrentList)

CopyOnWriteArrayList：線程安全的 List 實(shí)現(xiàn)，通過寫時(shí)復(fù)制 (Copy-On-Write) 的方式來實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制。每次修改操作都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的數(shù)組副本，讀操作在原來的數(shù)組上進(jìn)行，因此讀操作不需要加鎖，可以并發(fā)進(jìn)行。適用于讀多寫少的場(chǎng)景。

代碼示例 (CopyOnWriteArrayList)：

import java.util.List;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class CopyOnWriteArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

        // 讀線程
        Runnable reader = () -> {
            for (String item : list) {
                System.out.println("Read: " + item);
            }
        };

        // 寫線程
        Runnable writer = () -> {
            list.add("New Item");
            System.out.println("Added: New Item");
        };
    }
}

5. 其他

Collections.synchronizedXXX 方法： Collections 工具類提供了一些靜態(tài)方法，可以將非線程安全的集合包裝成線程安全的集合，例如：
- Collections.synchronizedList(List<T> list)
- Collections.synchronizedSet(Set<T> s)
- Collections.synchronizedMap(Map<K,V> m)這些方法通過在每個(gè)方法上添加 synchronized 關(guān)鍵字來實(shí)現(xiàn)線程安全，性能較低。

總結(jié)：

Java 并發(fā)包提供了豐富的線程安全集合，可以滿足不同的并發(fā)編程需求。選擇合適的線程安全集合需要考慮以下因素：

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 數(shù)組、鏈表、哈希表、跳表等。
是否有界： 有界、無界。
排序： 是否需要排序。
讀寫比例： 讀多寫少、寫多讀少、讀寫均衡。
性能要求： 對(duì)并發(fā)性能的要求。

問題分析：

這個(gè)問題考察了 Java 中線程安全集合的種類和用法。

與其他問題的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系：

Java 線程安全的集合有哪些? 這是對(duì) Java 并發(fā)集合的整體了解。
Java 中的 synchronized 是怎么實(shí)現(xiàn)的？ Collections.synchronizedXXX 方法使用了 synchronized 關(guān)鍵字。
Java 中 ReentrantLock 的實(shí)現(xiàn)原理是什么？ 一些并發(fā)集合（如 ArrayBlockingQueue）內(nèi)部使用了 ReentrantLock。
什么是 Java 的 CAS（Compare-And-Swap）操作？ 一些并發(fā)集合（如 ConcurrentHashMap）使用了 CAS 操作。
你使用過 Java 中的哪些阻塞隊(duì)列？ 阻塞隊(duì)列是線程安全集合的重要組成部分。