Какие инструменты существуют для решения проблем конкурентного доступа к коллекциям в Java

Что проверяют

Понимаете ли вы, чем потокобезопасность отдельной операции отличается от атомарности составного действия, и как устроены конкурентные коллекции. Следом почти всегда спрашивают, как устроен ConcurrentHashMap и почему synchronizedList не спасает при итерации.

Как отвечать

• обёртки Collections.synchronizedList и synchronizedMap: каждый метод под одним общим монитором. Отдельные вызовы безопасны, но итерацию по документации нужно окружать synchronized (list), иначе поведение не определено, а связка «проверил и положил» не атомарна;
• ConcurrentHashMap: с Java 8 без сегментов: запись в пустую корзину через CAS, иначе блокируется её первый узел, чтение без блокировок. Атомарные составные операции: putIfAbsent, computeIfAbsent, compute, merge. Итераторы слабо согласованные и не бросают ConcurrentModificationException, null в ключах и значениях запрещён, size() под нагрузкой приблизителен;
• CopyOnWriteArrayList: каждая запись копирует массив, итератор работает по снимку. Подходит для списков слушателей, где запись редкость;
• очереди: ConcurrentLinkedQueue без блокировок; BlockingQueue (ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue, SynchronousQueue) для схемы производитель и потребитель, put и take ждут, offer и poll возвращаются сразу или ждут заданный таймаут;
• неизменяемость: List.copyOf и Map.of снимают проблему совсем, а Collections.unmodifiableList лишь обёртка над изменяемым списком;
• явные блокировки и атомики: ReentrantReadWriteLock для частого чтения, LongAdder для счётчиков.

Где спотыкаются

Пишут на ConcurrentHashMap связку if (!map.containsKey(k)) map.put(k, v). Каждый вызов безопасен, а пара нет: между ними другой поток успеет вставить своё значение. Нужен putIfAbsent или computeIfAbsent.

Берут CopyOnWriteArrayList для частой записи. Каждая вставка копирует весь массив, и на больших списках это съедает и CPU, и память.

Внутри computeIfAbsent обращаются к той же карте или делают долгую операцию. Корзина заблокирована на всё время функции, а рекурсивное изменение может закончиться IllegalStateException: Recursive update.