Java 多線程同步容器深度解析：從 Vector 到 ConcurrentHashMap

同步容器的演進與核心缺陷

Java 集合框架中，ArrayList、LinkedList、HashMap 等主流容器均為非線程安全。早期 Java 提供了同步容器解決並發問題，但隨著並發需求增長，其性能瓶頸與安全隱患逐漸暴露，催生了 JUC 並發包的誕生。

第一代同步容器

Collections 工廠方法創建的同步包裝器

List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
Map<String, String> syncMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
Set<String> syncSet = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());

本質：通過裝飾器模式，用互斥鎖包裝每個方法調用。

同步容器的致命缺陷：複合操作非原子

單個方法雖然同步，但「檢查-然後執行」等複合操作仍不安全：

// 線程不安全示例：遍歷時刪除
for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {
    vector.remove(i);  // size() 與 remove() 非原子，拋 ConcurrentModificationException
}

解決方案：客戶端加鎖（擴展同步塊）

synchronized (vector) {
    for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {
        vector.remove(i);
    }
}

迭代器失效機制源碼解析

ArrayList 迭代器通過 modCount 檢測並發修改：

• expectedModCount：創建迭代器時記錄的修改計數
• modCount：每次 add/remove 遞增
• 不一致時拋出 ConcurrentModificationException

JDK 5+ 並發容器：性能與安全的平衡

ConcurrentHashMap：分段鎖/ CAS + synchronized

• 讀操作無鎖（volatile 保證可見性）
• 寫操作細粒度鎖（JDK 7 分段鎖，JDK 8 CAS + synchronized + 紅黑樹）
• 性能遠超 Hashtable

CopyOnWriteArrayList：讀寫分離極致

核心思想：寫時復制，讀操作無鎖，寫操作復制新數組

適用場景：黑白名單、配置變更監聽、事件總線監聽器管理

最佳實踐建議

1. 高並發讀寫：優先 ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue
2. 讀多寫少、需遍歷：CopyOnWriteArrayList/Set
3. 避免在同步容器上進行複合操作，或使用客戶端加鎖
4. 單線程環境：優先非線程安全容器 + 外部同步

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