Какие способы написания потокобезопасных классов существуют

Что проверяют

Понимаете ли вы, что потокобезопасность начинается с проектирования состояния, а не с расстановки synchronized. Следом обычно просят объяснить разницу между видимостью и атомарностью или спрашивают, почему counter++ на volatile поле теряет значения.

Как отвечать

Идите от самого дешёвого способа к самому дорогому:

• нет общего состояния: класс без изменяемых полей потокобезопасен даром. Сюда же ограничение потоком, когда данные живут в локальных переменных или в ThreadLocal;
• неизменяемость: поля final, класс final, изменяемые коллекции копируются на входе через List.copyOf. Поля final по модели памяти Java видны другим потокам корректно инициализированными, если this не утёк из конструктора;
• атомарные классы: AtomicInteger, AtomicReference, LongAdder для счётчиков под высокой конкуренцией. Работают через CAS без блокировок;
• конкурентные структуры: ConcurrentHashMap с атомарными compute и merge, CopyOnWriteArrayList для частого чтения и редкой записи, BlockingQueue для передачи задач;
• блокировки: synchronized или ReentrantLock, когда инвариант охватывает несколько полей. У ReentrantLock есть tryLock с таймаутом и прерываемое ожидание, у ReadWriteLock и StampedLock раздельные режимы чтения и записи;
• volatile: только видимость и порядок, подходит для флага остановки или однократно публикуемой ссылки.

Хороший штрих про виртуальные потоки: в Java 21 блокировка внутри synchronized закрепляла виртуальный поток за несущим, в JDK 24 это исправили, но ReentrantLock всё равно гибче.

Где спотыкаются

Считают, что volatile делает операцию атомарной. counter++ это чтение, сложение и запись, и два потока теряют инкременты. Нужен AtomicInteger или блокировка.

Собирают класс из потокобезопасных частей и считают его потокобезопасным. Связка containsKey и put на ConcurrentHashMap всё равно гонка, правильно putIfAbsent или computeIfAbsent.

Синхронизируют запись, а читают поле без блокировки. Без общего монитора или volatile читающий поток может так и не увидеть новое значение.