Welche thread-sicheren Sammlungen kennst du in Java?

Im Java Collections Framework gibt es thread-sichere Sammlungen, die auf zwei Hauptarten implementiert sind:

1. Synchronisierte Wrapper:

   • Umhüllen gewöhnliche, nicht thread-sichere Sammlungen (z.B. ArrayList, HashMap, HashSet).
   • Alle Methoden der Sammlung sind synchronisiert.
   • Beispiel für das Erstellen synchronisierter Sammlungen:

     // Synchronisierte Liste
     List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
     
     // Synchronisierter Set
     Set<String> synchronizedSet = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
     
     // Synchronisierte Map
     Map<String, String> synchronizedMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
     

   • Nachteil: Geringe Leistung bei hohem Parallelitätsgrad, da die Sperre auf die gesamte Sammlung wirkt.

2. Sammlungen aus dem Paket java.util.concurrent:

   • Speziell für den Einsatz in Multi-Thread-Umgebungen entwickelt.
   • Erreichen Thread-Sicherheit durch verschiedene Mechanismen (z.B. feinkörnige Sperren, CAS-Operationen).
   • Bieten bessere Leistung bei parallelen Operationen im Vergleich zu synchronisierten Wrappers.
   • Hauptbeispiele:
     • ConcurrentHashMap: Thread-sichere Implementierung von Map, die hohe Durchsatzraten bei Lese- und Schreiboperationen ermöglicht.
     • CopyOnWriteArrayList: Liste, die bei Modifikation eine Kopie des zugrunde liegenden Arrays erstellt. Gut geeignet für Sammlungen mit häufigen Lese- und seltenen Schreiboperationen.
     • CopyOnWriteArraySet: Ähnlich wie CopyOnWriteArrayList, aber für Mengen.
     • ConcurrentLinkedQueue: Thread-sichere, lockfreie Implementierung von Queue.
     • ConcurrentLinkedDeque: Thread-sichere, lockfreie Implementierung von Deque.
     • ConcurrentSkipListMap: Skalierbare, thread-sichere Implementierung von SortedMap.
     • ConcurrentSkipListSet: Skalierbare, thread-sichere Implementierung von SortedSet.
     • Blockierende Warteschlangen (BlockingQueue, BlockingDeque) - z.B. ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue, PriorityBlockingQueue, DelayQueue, SynchronousQueue, LinkedTransferQueue. Werden zur Koordination von Produzenten und Konsumenten verwendet.

Die Wahl zwischen synchronisierten Wrappers und java.util.concurrent-Sammlungen hängt von den spezifischen Leistungsanforderungen und dem Nutzungskontext in Multi-Thread-Umgebungen ab (Häufigkeit der Lese-/Schreiboperationen, Parallelitätsgrad). In den meisten modernen Multi-Thread-Anwendungen sind Sammlungen aus java.util.concurrent vorzuziehen.