java中在多线程的情况下安全的修改list

在Java中，ArrayList、LinkedList等常见List实现类不是线程安全的 （非同步）。当多个线程同时对其进行修改（如add、remove）或读写操作时，可能会导致数据不一致、ConcurrentModificationException（并发修改异常）等问题。

要在多线程环境下安全地修改List，需通过线程安全的容器 或同步机制保证操作的原子性和可见性。以下是常用解决方案及实现方式：

一、使用线程安全的List实现类

Java提供了几种线程安全的List实现，可直接替换非线程安全的List，无需手动处理同步。

1. Vector（古老实现，不推荐）

Vector是Java早期的线程安全List实现，其所有方法都被synchronized修饰（同步方法），保证线程安全。
缺点 ：同步粒度太粗（整个方法加锁），多线程并发效率低，且功能上被更优的方案替代，不推荐在新代码中使用。

// Vector是线程安全的，但性能较差
List<String> vector = new Vector<>();
// 多线程可安全调用add/remove等方法
vector.add("A");
vector.remove(0);

2. Collections.synchronizedList()（包装同步，推荐基础场景）

Collections工具类的synchronizedList()方法可将任意非线程安全的List包装为线程安全的List 。其原理是对所有方法添加同步锁（使用synchronized块），保证同一时刻只有一个线程能操作List。

使用方式：

// 1. 创建非线程安全的List（如ArrayList）
List<String> unsafeList = new ArrayList<>();
// 2. 包装为线程安全的List
List<String> safeList = Collections.synchronizedList(unsafeList);

// 多线程环境下可安全操作
// 线程1：添加元素
new Thread(() -> {
    safeList.add("A");
}).start();

// 线程2：删除元素
new Thread(() -> {
    if (!safeList.isEmpty()) {
        safeList.remove(0);
    }
}).start();

注意事项：

• 迭代操作需手动加锁：synchronizedList返回的List在迭代时（如for-each、iterator）不自动同步 ，需手动用synchronized块包裹，否则可能抛出ConcurrentModificationException。

  // 迭代时必须手动同步（锁对象为safeList本身）
  synchronized (safeList) {
      for (String s : safeList) {
          System.out.println(s);
      }
  }

• 适合读写频率均衡的场景：由于所有操作都加锁，高并发下性能一般，但实现简单，适合大多数基础场景。

3. CopyOnWriteArrayList（写时复制，推荐读多写少场景）

CopyOnWriteArrayList是Java并发包（java.util.concurrent）提供的线程安全List，其核心原理是**"写时复制"**：

• 读操作：无需加锁，直接访问当前数组（性能极高）。
• 写操作（add、remove等）：先复制一份新的数组，在新数组上修改，然后将引用指向新数组（修改时加锁，保证原子性）。

适用场景：读操作远多于写操作（如缓存、配置列表），写操作频率低但读操作需高效。

使用方式：

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

// 初始化线程安全的CopyOnWriteArrayList
List<String> cowList = new CopyOnWriteArrayList<>();

// 多线程安全操作
// 线程1：添加元素（写操作，会复制数组）
new Thread(() -> {
    cowList.add("A");
}).start();

// 线程2：读取元素（读操作，无锁，直接访问）
new Thread(() -> {
    for (String s : cowList) {
        System.out.println(s);
    }
}).start();

优点：

• 读操作无锁，并发性能极佳（适合读多写少）。
• 迭代时不会抛出ConcurrentModificationException（迭代的是旧数组的快照）。

缺点：

• 写操作成本高（复制数组，内存占用翻倍）。
• 数据实时性差（读操作可能访问的是旧数组，修改后的数据需等新数组替换后才能被读取）。

二、手动同步（锁机制）

如果需要更灵活地控制同步粒度（如仅对关键修改操作加锁），可使用synchronized关键字或Lock接口手动实现同步。

1. 使用synchronized块

通过synchronized锁定List对象或其他锁对象，保证同一时刻只有一个线程执行修改操作。

List<String> list = new ArrayList<>();
// 定义锁对象（也可直接用list本身作为锁）
Object lock = new Object();

// 线程1：添加元素
new Thread(() -> {
    synchronized (lock) { // 加锁
        list.add("A");
    }
}).start();

// 线程2：删除元素
new Thread(() -> {
    synchronized (lock) { // 加锁
        if (!list.isEmpty()) {
            list.remove(0);
        }
    }
}).start();

2. 使用ReentrantLock（可重入锁）

java.util.concurrent.locks.ReentrantLock提供比synchronized更灵活的锁控制（如超时锁、公平锁），适合复杂场景。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

List<String> list = new ArrayList<>();
// 创建锁对象（可指定为公平锁，按请求顺序获取锁）
Lock lock = new ReentrantLock(true);

// 线程1：添加元素
new Thread(() -> {
    lock.lock(); // 加锁
    try {
        list.add("A");
    } finally {
        lock.unlock(); // 必须在finally中释放锁，避免死锁
    }
}).start();

// 线程2：删除元素
new Thread(() -> {
    lock.lock(); // 加锁
    try {
        if (!list.isEmpty()) {
            list.remove(0);
        }
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}).start();

三、注意事项

1. 复合操作的原子性 ：

   即使使用线程安全的List，复合操作（如"先判断再修改"）仍需额外同步。例如：

   // 错误示例：contains和add是两个独立操作，可能被其他线程打断
   if (!safeList.contains("A")) { 
       safeList.add("A"); // 可能重复添加
   }
   
   // 正确：用同步块保证复合操作原子性
   synchronized (safeList) {
       if (!safeList.contains("A")) {
           safeList.add("A");
       }
   }

2. 迭代器的线程安全：

   • synchronizedList的迭代器需手动同步（见上文）。
   • CopyOnWriteArrayList的迭代器是"快照迭代器"，不支持remove、add等修改操作（会抛UnsupportedOperationException），只能遍历。

3. 性能权衡：

   • 读多写少：优先CopyOnWriteArrayList（读无锁）。
   • 读写均衡或写操作频繁：优先Collections.synchronizedList()或手动锁（避免CopyOnWriteArrayList的复制开销）。
   • 避免使用Vector（性能差，已过时）。

总结

多线程安全修改List的核心是保证操作的原子性和可见性，常用方案对比：

方案	原理	优点	缺点	适用场景
Vector	同步方法	简单直接	性能差，同步粒度粗	兼容旧代码（不推荐新用）
synchronizedList	同步块包装	适配所有List，实现简单	所有操作加锁，并发性能一般	读写均衡的基础场景
CopyOnWriteArrayList	写时复制	读操作无锁，性能极佳	写操作成本高，数据实时性差	读多写少（如缓存、配置）
手动锁（synchronized/Lock）	自定义同步粒度	灵活控制锁范围	需手动处理锁释放，易出错	复杂场景（如复合操作）

根据实际业务的读写频率和复杂度选择合适方案即可。