Java集合框架的容器类绝大部分不是线程安全的，仅有的线程安全实现，比如Vector、Stack，在性能方面也远不尽如人意。幸好Java语言提供了并发包（java.util.concurrent），为高度并发需求提供了更加全面的工具支持。

Java提供了不同层面的线程安全支持。在传统集合框架内部，除了Hashtable等同步容器，还提供了所谓的同步包装器，我们可以调用Collections工具类提供的包装方法，来获取一个同步的包装容器（如Collections.synchronizedMap），但是它们都是利用非常粗粒度的同步方式，在高并发情况下，性能比较低下。

更加普遍的选择是利用并发包提供的线程安全容器类，包括：

  • 各种并发容器，比如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList。
  • 各种线程安全队列（Queue、Deque），如ArrayBlockingQueue、SynchronousQueue。
  • 各种有序容器的线程安全版本等。

保证线程安全的方式，包括从简单的synchronize，到基于更加精细化的分离锁。具体选择要看开发的场景需求，总体来说，并发包内提供的容器通用场景，远优于早期的简单同步实现。

知识扩展

  • 为什么需要ConcurrentHashMap？
    • Hashtable本身比较低效，因为它的实现基本就是在各种方法上加synchronized关键字。简单来说，这就导致了所有并发操作都要竞争同一把锁，一个线程在进行同步操作时，其他线程只能等待，大大降低了并发操作的效率。而Collections提供的同步包装器也并没有实质性的改变。
    • ConcurrentHashMap能大大提高并发效率。它一直在不断的演化，比如在Java8中就发生了很大的变化。早期，其实现基于分离锁、volatile、Unsafe、重试机制等，有效避免了类似Hashtable整体同步的问题，大大提高了性能。
    • Java8和之后的版本中，ConcurrentHashMap发生的变化包括：
      • 同步的粒度更细致。
      • 其内部仍然有Segment定义，但仅仅是为了保证序列化时的兼容性而已，不再有任何结构上的用处。
      • 简化初始化操作，修改为lazy-load形式。
      • 数据存储利用volatile来保证可见性。
      • 使用CAS等操作，在特定场景下实现无锁并发。
      • 使用Unsafe、LongAdder之类底层手段，进行极端情况的优化。