线程安全与线程不安全
线程安全的概念[*]线程安全：指当多个线程并发访问某个对象时，不会由于线程调度导致数据的不划一或数据污染，即能保证数据的完整性和精确性。
[*]实现线程安全的方式：
[*]使用同步机制（如 synchronized 关键字或显式锁 ReentrantLock）。
[*]使用线程安全的数据布局（如 Vector、ConcurrentHashMap）。
[*]接纳无锁的并发算法（如 Atomic 系列类）。
同步与异步的区别
[*] 同步：实行任务时，当前线程需要期待任务完成后才气继续举行。例如，调用一个方法后，方法完成返回结果，调用者才气继续实行。
[*]优点：逻辑简朴，易于理解。
[*]缺点：期待任务完成时可能造成性能损失。
[*] 异步：实行任务时，当前线程可以继续实行其他任务，而无需期待任务完成。任务完成后会通过回调或通知机制处置惩罚结果。
[*]优点：效率高，能更好地使用资源。
[*]缺点：逻辑复杂，增加调试难度。
简朴示例：
// 同步方法
public String fetchDataSync() {
return "Data fetched synchronously";
}
// 异步方法
public CompletableFuture<String> fetchDataAsync() {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Data fetched asynchronously");
}
Java 的集合类分类及线程安全性
Java 的集合类重要分为两大接口：Collection 和 Map，下面具体列出：
1. Collection 接口的子接口
[*] List 接口（有序、允许重复元素）
[*]线程不安全：
[*]ArrayList：底层是动态数组，读写快，线程不安全。
[*]LinkedList：底层是链表，插入/删除快，线程不安全。
[*]线程安全：
[*]Vector：方法加了 synchronized，线程安全，但性能差。
[*]Collections.synchronizedList：通过 Collections 工具类将 List 包装为线程安全版本。
[*] Set 接口（无序，不允许重复元素）
[*]线程不安全：
[*]HashSet：基于 HashMap 实现，线程不安全。
[*]TreeSet：基于红黑树实现，线程不安全。
[*]线程安全：
[*]Collections.synchronizedSet：将 Set 包装成线程安全。
[*] Queue 接口（队列布局，支持 FIFO 等特性）
[*]线程不安全：
[*]LinkedList（也实现了 Queue）。
[*]PriorityQueue：基于堆的优先队列。
[*]线程安全：
[*]ConcurrentLinkedQueue：非阻塞队列，得当高并发场景。
[*]BlockingQueue（如 ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue）：阻塞队列，得当生产者-消费者模子。
2. Map 接口
[*] 线程不安全：
[*]HashMap：无序的键值对集合，线程不安全。
[*]TreeMap：有序键值对集合，线程不安全。
[*] 线程安全：
[*]HashTable：早期线程安全的 Map 实现，效率低，不保举使用。
[*]ConcurrentHashMap：分段锁机制，支持高并发访问，保举使用。
[*]Collections.synchronizedMap：通过工具类包装 Map 为线程安全版本。
线程安全集合的实现方式
[*] 内置同步机制：
[*]例如 Vector 和 HashTable，在每个方法上都加了 synchronized 关键字。
[*]缺点：粒度大，性能较低。
[*] 同步包装器：
[*]使用 Collections.synchronizedXxx 包装非线程安全集合，返回线程安全的包装类。
[*]示例：List<Integer> synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
Map<Integer, String> synchronizedMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
[*] 并发集合：
[*]例如 ConcurrentHashMap 和 ConcurrentLinkedQueue，接纳了更细粒度的锁（如分段锁或无锁算法）。
[*]优点：高效，得当高并发场景。
总结
[*]线程安全：保证多线程并发访问时的精确性和划一性。
[*]同步与异步：
[*]同步：任务依次完成，简朴但效率低。
[*]异步：任务并发实行，效率高但逻辑复杂。
[*]集合类线程安全性：
[*]常用线程不安全集合：ArrayList, HashMap, HashSet。
[*]常用线程安全集合：Vector, ConcurrentHashMap, Collections.synchronizedList。
保举使用并发集合（如 ConcurrentHashMap），尽量制止老旧的线程安全集合（如 Vector、HashTable）。
Java 中的某些集合类（如 ArrayList, HashMap 等）是线程不安全的，由于它们没有在内部实现同步机制。如果在多线程环境中多个线程并发访问这些集合，会由于数据竞争或操作冲突导致数据不划一或不可预测的举动。下面具体说明 为什么它们是线程不安全的。
线程不安全的缘故原由
1. 缺少同步机制
这些集合类的方法中没有对关键操作（如插入、删除、读取、更新等）举行同步控制，多个线程可以同时访问和修改共享数据，可能导致数据的竞争。例如：
[*] ArrayList 示例：
假设两个线程同时向同一个 ArrayList 添加数据：
List<Integer> list = new ArrayList<>();
Thread t1 = new Thread(() -> list.add(1));
Thread t2 = new Thread(() -> list.add(2));
t1.start();
t2.start();
两个线程可能同时对内部的数组举行写操作，如果 ArrayList 内部的数组需要扩容，而扩容操作和写操作之间没有同步，可能导致如下问题：
[*]新添加的数据被覆盖；
[*]扩容时拷贝的数据不完整；
[*]数据布局被粉碎，抛出异常。
[*] HashMap 示例：
假设多个线程同时修改一个 HashMap，可能导致：
[*]数据丢失：线程 A 和线程 B 同时插入不同的键值对，但终极可能只生存了一个线程的结果。
[*]死循环（在早期 Java 版本中）：多个线程同时修改哈希桶，可能导致链表布局损坏。
2. 竞态条件（Race Condition）
竞态条件是指当多个线程同时访问和修改共享资源时，结果依靠于线程的实行次序，而这种次序是不可控的。
[*]示例：
两个线程同时调用 ArrayList.add() 方法时：
[*]线程 A 读取当前的数组索引位置 size，准备写入新元素；
[*]线程 B 也读取了相同的 size 值；
[*]终极，两个线程都写入了相同的索引位置，导致数据覆盖。
3. 缺乏原子性
Java 集合类的一些操作不是原子性的。例如 ArrayList.add() 并不是一个原子操作，而是由多步操作组成的：
[*]检查数组是否需要扩容；
[*]将元素插入到数组的指定位置；
[*]更新内部计数变量 size。
如果多个线程同时实行这些步骤，可能出现：
[*]读写冲突：线程 A 在实行第 2 步时，线程 B 已经修改了 size，导致线程 A 的操作无效。
[*]脏数据：一个线程可能读到了另一个线程写入了一半的数据。
线程不安全的常见问题
1. 数据丢失
多个线程同时对集合举行写操作，导致某些数据被覆盖或丢失。
List<Integer> list = new ArrayList<>();
IntStream.range(0, 1000).parallel().forEach(list::add);
System.out.println(list.size());// 结果可能小于 1000
2. 数据布局损坏
当多个线程并发操作 HashMap 时，可能导致哈希桶布局被粉碎（如链表被断开），从而抛出异常。
3. 并发修改异常
当一个线程正在迭代集合时，另一个线程修改了集合，可能抛出 ConcurrentModificationException。
List<Integer> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3));
for (Integer num : list) {
if (num == 2) {
list.remove(num);// 抛出异常
}
}
如何解决线程不安全问题？
[*] 手动同步
[*]使用 synchronized 关键字：List<Integer> list = new ArrayList<>();
synchronized (list) {
list.add(1);
}
[*]缺点：每次操作都需要加锁，影响性能。
[*] 使用线程安全的集合
[*]使用 Collections.synchronizedXxx 方法：List<Integer> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
[*]使用并发集合（保举）：
[*]如 CopyOnWriteArrayList, ConcurrentHashMap 等。
[*] 制止共享数据
[*]将集合局部化，每个线程使用自己的集合，制止共享资源。
总结
[*]线程不安全的根本缘故原由：集合类的操作不是原子性的，多个线程同时访问会导致竞态条件和数据不划一。
[*]非线程安全集合：ArrayList, HashMap, HashSet 等。
[*]解决方法：使用同步机制、线程安全集合或无锁并发编程。
线程安全是以性能为代价换取数据划一性的，因此在选择线程安全集合时，要根据具体的场景权衡效率和安全性。
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