Java如何在多线程中安全更新集合_Java Concurrent包集合类使用指南

普通集合如ArrayList、HashMap在多线程环境下不安全，易导致数据不一致或异常。Java提供java.util.concurrent包中的线程安全集合：ConcurrentHashMap适用于高并发读写；CopyOnWriteArrayList适合读多写少场景；ConcurrentLinkedQueue为无锁队列，适用于生产者-消费者模型；BlockingQueue支持阻塞操作，常用于任务队列。选择应根据读写频率、是否需要阻塞等场景决定。注意复合操作需外部同步，优先使用原子方法如putIfAbsent，并避免遍历时修改集合。正确选用可兼顾安全性与性能。

在多线程环境中安全地更新集合是Java并发编程中的常见需求。直接使用普通的集合类（如ArrayList、HashMap）会导致数据不一致、抛出ConcurrentModificationException等问题。为解决这些问题，Java提供了java.util.concurrent包中的专用集合类，专为高并发场景设计。

为什么普通集合不安全？

像ArrayList、HashSet、HashMap这些集合类不是线程安全的。当多个线程同时读写时，可能出现：

• 结构被破坏（例如链表成环）
• 读取到脏数据
• 迭代过程中抛出异常

虽然可以使用Collections.synchronizedList等工具包装，但它们仍要求客户端代码手动加锁进行复合操作（如“检查再插入”），使用不便且易出错。

Concurrent包中常用的线程安全集合

1. ConcurrentHashMap

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替代HashMap，适用于高并发读写场景。它通过分段锁（JDK 8后改为CAS + synchronized）提升性能。

ConcurrentHashMap map = new ConcurrentHashMap<>();
// 原子性地递增
map.merge("key", 1, Integer::sum);
// 或使用compute
map.compute("key", (k, v) -> v == null ? 1 : v + 1);

2. CopyOnWriteArrayList

适合读多写少的场景。每次修改都会复制整个底层数组，写操作成本高，但读操作无锁。

CopyOnWriteArrayList listeners = new CopyOnWriteArrayList<>();
listeners.add(() -> System.out.println("Event fired"));
// 遍历时不会抛出ConcurrentModificationException
for (Runnable r : listeners) {
    r.run();
}

3. ConcurrentLinkedQueue / ConcurrentLinkedDeque

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无锁的线程安全队列，基于CAS操作实现，适合高并发生产者-消费者模型。

ConcurrentLinkedQueue queue = new ConcurrentLinkedQueue<>();
queue.offer("item1");
String item = queue.poll();

4. BlockingQueue 系列（如 ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue）

支持阻塞的入队和出队操作，常用于线程池任务队列。

BlockingQueue workQueue = new LinkedBlockingQueue<>(100);
workQueue.put(task); // 队列满时阻塞
Runnable task = workQueue.take(); // 队列空时阻塞

选择合适集合的关键原则

根据实际场景选择最合适的并发集合：

• 高频读写映射数据 → ConcurrentHashMap
• 几乎只读，偶尔写 → CopyOnWriteArrayList
• 生产者消费者队列 → BlockingQueue 实现类
• 无界非阻塞队列 → ConcurrentLinkedQueue

避免过度使用同步集合，因为它们仍有性能开销。如果能通过局部变量或ThreadLocal避免共享，应优先考虑。

注意事项与最佳实践

即使使用了线程安全集合，也要注意：

• 复合操作仍需外部同步：比如“判断是否存在+添加”，除非集合本身提供原子方法（如putIfAbsent）
• 迭代不一定实时：CopyOnWriteArrayList的迭代器基于快照，看不到后续修改
• 避免在遍历时修改ConcurrentHashMap：虽然不会抛异常，但可能看到部分更新状态

尽可能使用集合提供的原子方法，如putIfAbsent、remove(key, value)、replace等。

基本上就这些。合理利用java.util.concurrent中的集合类，既能保证线程安全，又能获得良好性能。关键是理解每种集合的设计意图和适用场景。不复杂但容易忽略细节。