Java并发中解决的几种思路

并发问题的根源是：多个线程同时读写共享的可变状态。落到 Java 内存模型上就是三性问题：

• 可见性：一个线程的修改，另一个线程看不到（CPU 缓存/寄存器暂存）；
• 原子性：read-modify-write 不是一步，中途会被打断；
• 有序性：编译器和处理器会指令重排，单线程语义不变，多线程会互相破坏假设。

三性与手段的对应关系：

三性	主要手段
可见性	volatile、final（安全发布）、synchronized（解锁前刷回主存）
原子性	CAS、synchronized/Lock 互斥
有序性	volatile（内存屏障）、happens-before 规则

所有解决方案本质上都在围绕"不共享、不可变、少竞争、减小冲突面"做文章。面试中把思路串成主线再落到具体组件，比零散背组件加分得多。

1 空间换时间：不共享就没有竞争

核心是让每个线程操作自己的副本，天然线程安全：

• ThreadLocal：为每个线程维护一份变量副本，线程内读写互不干扰。典型场景：SimpleDateFormat 复用、用户上下文透传、数据库连接绑定（细节见 ThreadLocal）；
• 代价是占用更多内存，且用完必须 remove()。否则线程池场景下线程复用会出现脏数据，并造成 Entry 泄漏（见 ThreadLocal 源码篇）。

2 加锁：串行化临界区

乐观锁：假设冲突很少发生，不加锁直接操作，冲突了再重试：

• 借助类似 CAS（Compare And Swap）的操作实现（细节见 CAS）；
• 典型应用：Atomic 原子类、并发容器的无锁读、AQS 的状态获取；
• 注意 ABA 问题（AtomicStampedReference 解决）与高冲突下的自旋开销。

悲观锁：假设冲突经常发生，先加锁再操作：

• synchronized：借助 Monitor（锁监视器）实现，本质依赖操作系统的锁机制；JDK1.6 后有偏向锁/轻量级锁等优化（细节见 synchronized）；
• Lock：基于 AQS 实现，支持可中断、超时获取、公平锁、多条件变量（细节见 AQS&ReentrantLock）；
• 两者对比与选型见 乐观锁与悲观锁。

3 不可变：状态改不了就绝对安全

• final 修饰的字段/引用、String、List.of 这类不可变集合；
• CopyOnWriteArrayList/Set：写时复制一份新数组，读完全无锁；适合读多写极少的小集合（见库内 CopyOnWriteArrayList 源码篇）；
• volatile 解决可见性与有序性（happens-before），但不解决原子性，常与 CAS 配合（见 volatile）。

4 减小锁粒度：把一把锁拆成多把

竞争激烈时不是加更粗的锁，反而是把锁拆细：

• ConcurrentHashMap（JDK1.7 锁分段）：Segment 数组，每段一把 ReentrantLock，不同段的读写互不阻塞；JDK1.8 进一步细化到桶头节点 CAS + synchronized；
• LongAdder：把一个计数热点拆成 base + Cell 数组，更新时只命中其中一个 cell，sum 时再汇总，用空间换吞吐；
• synchronized 的锁升级（偏向→轻量级→重量级）也是同一思想：按竞争激烈程度选择更便宜的手段。

5 思路对比与选型

思路	代表	适用场景	代价
空间换时间	ThreadLocal	线程内上下文、状态隔离	内存、泄漏风险
乐观锁	CAS、Atomic	读多写少、冲突低	自旋、ABA
悲观锁	synchronized、Lock	写多、临界区较重	阻塞、上下文切换
不可变	final、COW 容器	配置类数据、读多写极少	写放大/复制成本
减小粒度	分段锁、LongAdder	热点计数、大 Map	结构更复杂

一句话：能不共享就不共享（ThreadLocal/不可变），必须共享先试乐观（CAS）。冲突严重再上悲观锁（synchronized/Lock），锁太热就拆细（分段/分散热点）。各并发容器的落地对比见 并发容器总结。

面试常见追问

• ThreadLocal 为什么会内存泄漏？——Entry 的 key 是弱引用会被 GC，value 强引用链仍在；线程池里线程长生命周期，用完必须 remove()；
• CAS 的 ABA 怎么解决？——加版本号，用 AtomicStampedReference / AtomicMarkableReference；
• synchronized 和 Lock 怎么选？——竞争不激烈、无需高级特性时用 synchronized（1.6 后有锁升级优化）。需要可中断、超时获取、公平锁、多条件变量时用 Lock；
• ConcurrentHashMap 锁的演化？——JDK1.7 分段锁（Segment 继承 ReentrantLock）→ JDK1.8 桶级 CAS + synchronized；
• 为什么 LongAdder 比 AtomicLong 快？——把一个热点变量拆成 base + Cell[]，分散竞争，sum 时汇总。

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