Как обеспечить корректную работу многопоточной логики в Java и какие коллекции использовать

Что проверяют

Понимаете ли вы, откуда берутся гонки и ошибки видимости, а не только помните классы из java.util.concurrent. Следом обычно дают код со счётчиком или кэшем на HashMap и просят найти ошибку.

Как отвечать

Начните с принципа: проблемы возникают только на общем изменяемом состоянии. Лучше его не иметь: неизменяемые объекты, данные одного потока, передача сообщений через очередь. Если оно есть, нужны атомарность и видимость по модели памяти Java (отношение happens-before).

Инструменты:

• volatile: только видимость. Годится для флага остановки, но count++ на таком поле остаётся гонкой;
• атомики: AtomicInteger, AtomicReference, для счётчиков под высокой конкуренцией LongAdder;
• synchronized и ReentrantLock: для составных операций, у ReentrantLock есть tryLock с тайм-аутом;
• высокоуровневое: ExecutorService, CompletableFuture, с Java 21 виртуальные потоки через Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor().

Коллекции:

• ConcurrentHashMap: основной выбор для общей мапы. Составные операции через computeIfAbsent, merge, compute, они атомарны. null в ключах и значениях запрещён;
• CopyOnWriteArrayList: много чтений и редкие записи, например список слушателей. Каждая запись копирует массив;
• BlockingQueue: ArrayBlockingQueue или LinkedBlockingQueue для схемы производитель и потребитель с ограничением размера;
• ConcurrentSkipListMap: потокобезопасная отсортированная мапа.

Vector, Hashtable и Collections.synchronizedList блокируют всё целиком, а итерацию по обёртке всё равно нужно синхронизировать вручную.

Где спотыкаются

Пишут «проверить, потом положить» на ConcurrentHashMap: if (!map.containsKey(k)) map.put(k, v). Каждая операция потокобезопасна, пара нет, нужен computeIfAbsent.

Считают, что volatile делает инкремент атомарным. Он гарантирует только видимость, чтение и запись остаются двумя шагами.

Берут CopyOnWriteArrayList для списка с частыми вставками и копируют массив на каждую запись. Или захватывают блокировки в разном порядке и ловят deadlock, который воспроизводится раз в неделю.