Vector と List (ArrayList, LinkedList)

Java 1.3 以前のコレクションには Vector がありますが、これは互換性のために残されています。 Vector は ArrayList の synchronized version と説明されることもありますが、現在は API の統一性も考慮された新しい List インタフェースを使用することが推奨されています。 List インタフェースを実装したクラスには、ArrayList（配列ベース）、LinkedList（リンクリストベース）などがあります。 Vector はすべてのメソッドがスレッド排他制御されるように作られていますが、この機構だけでは、そもそもスレッドセーフなプログラミングはできないことが分かっています。 たとえば、2 つのメソッドを呼び出すコードがあるとすると、その呼び出し間は同期されません。 このため、新しいコレクションクラスは、基本的に同期しない作りになっています。

Hashtable と Map (HashMap, ConcurrentHashMap):

Vector と同様に、Java 1.3 以前に使用されていたクラスです。 現在は、Map インタフェースを実装した HashMap クラスなどを使うことが推奨されています。 Hashtable はすべてのスレッドが排他制御されるよう作られていますが、これだけではスレッドセーフなコードは書くことはできません。 代わりに HashMap などを使い、明示的に排他制御を行なった方が効率のよいうスレッドセーフコードを作成できます。

CopyOnWriteArrayList (1.5) / CopyOnWriteArraySet (1.5): イテレーション中のリスト操作を許可

変更時（add やremove 時）に、内部的にコピーが作成されるようになっている ArrayList 実装です。あるスレッドで一度 Iterator を取得したら、たとえ他のスレッドからの要素の増減があったとしても、その時点での要素を操作できることが保証されます。要素のイテレーション中に、他のスレッドからリストが更新されても問題ない場合に有効な実装です（仮にこのような処理を ArrayList を使っている場合に行うと、Iterator を使っているスレッド側で ConcurrentModificationException が発生します）。 add や remove 操作を頻繁に行うような実装では、非常に重くなってしまうことに注意してください。 同様に Set バージョンとしては、CopyOnWriteArraySet があります。

例えば、CopyOnWriteArrayList#add() メソッドは以下のように Arrays.copyOf() でコピーを作成していることが分かります。

public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        newElements[len] = e;
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

マルチスレッド処理に対応したコレクションクラス

Java 1.5 (Tiger) の java.util.concurrent パッケージには、並列処理に対応したコレクションクラスが複数追加されています。これらは、書き込み、読み出し時の同期が必要ありませんが、それぞれロックに関する特性があります。

BlockingQueue インタフェースを実装したクラスを用いると、その Queue オブジェクトを介して、スレッドからスレッドへデータを渡すことができます。送信側のスレッドでキューに put() し、受信側のスレッドでキューから take() します。これも、実装クラスごとに、ロックの特性などが異なります。

参考: BlockingQueue を使ってスレッド間の通信を行う