Java常用集合与映射的线程安全问题小结

// 错误示例
List<Integer> list = new ArrayList<>();
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    pool.execute(() -> list.add(new Random().nextInt()));
}
// 运行结果可能包含：元素丢失、size值异常、数组越界异常等

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
// 并发执行put操作可能导致：
// 1. JDK7及之前版本：环形链表导致CPU 100%
// 2. JDK8+版本：数据丢失或size计数错误
// 3. 迭代时ConcurrentModificationException

Set<Integer> set = new HashSet<>();
// 本质是HashMap的包装类，所有线程安全问题与HashMap一致
// add()方法并发调用时可能产生元素丢失

// 使用Collections工具类
List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
Map<String, Object> syncMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
// 特征：
// 1. 所有方法使用synchronized同步块
// 2. 迭代器需要手动同步
// 3. 锁粒度大，性能较差

// Vector/Hashtable方案
Vector<String> vector = new Vector<>(); 
Hashtable<String, Integer> table = new Hashtable<>();
// 缺点：
// 1. 全表锁导致吞吐量低
// 2. 已逐渐被并发容器取代

List<String> cowList = new CopyOnWriteArrayList<>();
// 实现原理：
// 1. 写操作时复制新数组
// 2. 最终一致性保证
// 适用场景：读多写少（如白名单配置）

Map<String, Object> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>();
// JDK8+实现特点：
// 1. 分段锁升级为CAS+synchronized
// 2. 节点锁粒度（锁单个哈希桶）
// 3. 支持并发度设置

NavigableMap<String, Integer> skipMap = new ConcurrentSkipListMap<>();
// 特征：
// 1. 基于跳表实现的有序Map
// 2. 无锁读取，写入使用CAS

public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        newElements[len] = e;
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

// 错误示例：即使使用ConcurrentHashMap仍需同步
if (!map.containsKey(key)) {
    map.put(key, value); // 非原子操作
}
// 正确写法：
map.putIfAbsent(key, value);

// 使用merge方法实现原子计数
ConcurrentHashMap<String, Long> counterMap = new ConcurrentHashMap<>();
counterMap.merge("key", 1L, Long::sum);