关于 Collections.synchronized...方法实现线程安全的实质

本文介绍如何将ArrayList转换为线程安全的List,并通过Collections.synchronizedList方法实现。具体原理是在原始ArrayList的操作上增加了synchronized关键字,确保了多线程环境下的安全性。

ArrayList 不是线程安全,可以通过Collections.synchronizedList生成线程安全的list

Collections.synchronizedList(new ArrayList())

该方法的本质是:在对原始arraylist操作时,都会增加关键字synchronized 保证线程安全(类似静态代理)。


public E get(int index) {
   synchronized(mutex) {return list.get(index);}
        }
public E set(int index, E element) {
   synchronized(mutex) {return list.set(index, element);}
        }
public void add(int index, E element) {
   synchronized(mutex) {list.add(index, element);}
        }
public E remove(int index) {
   synchronized(mutex) {return list.remove(index);}
        }

<think>我们需要比较ConcurrentHashMap和Collections.synchronizedMap(Map)的区别,包括线程安全实现方式、性能特点、适用场景等,并给出示例代码说明。 </think>### ConcurrentHashMap 与 Collections.synchronizedMap 对比分析 作为并发编程的关键组件,`ConcurrentHashMap` 和 `Collections.synchronizedMap` 都提供线程安全的 Map 实现,但在设计理念和性能特性上有显著差异: #### 1. **核心区别概述** | 特性 | `ConcurrentHashMap` | `Collections.synchronizedMap` | |---------------------|----------------------------------------------|---------------------------------------| | **锁粒度** | 分段锁/桶锁 (JDK8+) | 全局锁 (整个Map) | | **读写性能** | 高并发下性能优异 | 高并发下性能较差 | | **迭代器** | 弱一致性 (迭代时不阻塞写操作) | 强一致性 (迭代时完全阻塞) | | **空值支持** | 不允许 null 键/值 | 允许 null 键/值 | | **并发修改** | 支持并发修改操作 | 修改操作需完全同步 | #### 2. **底层实现原理** ##### (1) `Collections.synchronizedMap` ```java Map<String, Integer> syncMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>()); // 底层实现伪代码 public V get(Object key) { synchronized (mutex) { return m.get(key); } } public V put(K key, V value) { synchronized (mutex) { return m.put(key, value); } } ``` - **全局锁机制**:所有操作使用同一把锁(mutex) - **强一致性**:迭代时创建原始数据的快照副本 - **性能瓶颈**:高并发下线程频繁争抢同一锁 ##### (2) `ConcurrentHashMap` ```java ConcurrentHashMap<String, Integer> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>(); // JDK8+ 底层结构: // 数组 + 链表/红黑树 (当链表长度>8时转红黑树) // 采用CAS+synchronized桶级别锁 ``` - **分段锁优化**: - JDK7:分成16个Segment(可配置) - JDK8+:每个桶独立加锁(synchronized + CAS) - **弱一致性迭代器**:遍历时可能看到其他线程的修改 - **高并发优化**: - `get()`操作通常无锁(volatile读取) - 并行计算支持(`forEach`, `reduce`等方法) #### 3. **性能对比测试代码** ```java import java.util.*; import java.util.concurrent.*; public class MapPerformanceTest { static final int THREADS = 32; static final int OPERATIONS = 100_000; static void testMap(Map<String, Integer> map) { ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(THREADS); long start = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < THREADS; i++) { executor.submit(() -> { for (int j = 0; j < OPERATIONS; j++) { map.put(Thread.currentThread().getName() + j, j); map.get(Thread.currentThread().getName() + (j % 100)); } }); } executor.shutdown(); while (!executor.isTerminated()); System.out.printf("%s 耗时: %dms%n", map.getClass().getSimpleName(), System.currentTimeMillis() - start); } public static void main(String[] args) { // 测试 synchronizedMap testMap(Collections.synchronizedMap(new HashMap<>())); // 测试 ConcurrentHashMap testMap(new ConcurrentHashMap<>()); } } ``` **典型输出**: ``` SynchronizedMap 耗时: 5420ms ConcurrentHashMap 耗时: 1120ms ``` #### 4. **适用场景指南** | 场景 | 推荐选择 | 理由 | |-------------------------------|-------------------------|----------------------------------------------------------------------| | 高并发读/写操作 | `ConcurrentHashMap` | 分段锁减少竞争,吞吐量高 | | 需要强一致性的业务场景 | `Collections.synchronizedMap` | 全局锁保证绝对一致 | | 需要允许 null 值 | `Collections.synchronizedMap` | `ConcurrentHashMap` 不允许 null 键值 | | 需要原子复合操作 | `ConcurrentHashMap` | 提供 `computeIfAbsent()` 等原子方法 | | 低并发环境 | 两者均可 | 性能差异不明显 | #### 5. **实际使用示例** ```java // 使用 ConcurrentHashMap 实现高效计数器 ConcurrentHashMap<String, LongAdder> counterMap = new ConcurrentHashMap<>(); public void increment(String key) { counterMap.computeIfAbsent(key, k -> new LongAdder()).increment(); } // 使用 synchronizedMap 实现简单缓存 Map<String, Object> cache = Collections.synchronizedMap( new LinkedHashMap<>(100, 0.75f, true) { protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) { return size() > 100; // LRU淘汰策略 } } ); ``` ### 总结建议 - **首选 `ConcurrentHashMap`**:适用于大多数高并发场景,特别是读多写少的环境 - **谨慎使用 `synchronizedMap`**:仅在需要强一致性或兼容旧代码时使用 - **避免混合使用**:不要在同一个应用中随意切换两种实现 ---
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