Java并发基础：ConcurrentSkipListSet全面解析！

Java并发基础：ConcurrentSkipListSet全面解析！ - 程序员古德

内容概要

ConcurrentSkipListSet类在多线程环境下，它能够轻松应对大量的插入、删除和查找操作，同时保持数据的完整性和一致性，其内部基于跳表数据结构的实现，确保了即使在处理大规模数据时，也能具有出色的性能表现。

核心概念

ConcurrentSkipListSet类实现了一个基于SkipList（跳表）算法的可排序的并发集合，SkipList是一种可以在对数预期时间内完成搜索、插入、删除等操作的数据结构，通过维护多个指向其他元素的“跳跃”链接来实现高效查找。

假如，有一个在线的电商系统，其中有一个功能是展示最热门的商品，这个“热门”的定义可以基于多种因素，比如销量、用户评分、浏览次数等，为了实时地反映这些热门商品，需要一个数据结构来存储和更新这些信息。

考虑到电商系统可能会有多个用户同时访问和修改热门商品列表，因此，就需要一个线程安全的集合来确保数据的完整性和一致性，同时，可能还需要根据某种指标（如销量）对商品进行排序，以便用户能够快速地看到最热门的商品。

使用ConcurrentSkipListSet可以很的解决这个问题，可以将商品对象作为元素添加到 ConcurrentSkipListSet 中，并根据销量或其他指标实现 Comparator 接口来对商品进行排序，由于 ConcurrentSkipListSet 是线程安全的，多个线程可以同时向集合中添加或删除商品，而不需要额外的同步措施。它还支持高效的并发访问，因此，即使有大量的用户同时访问热门商品列表，系统也能保持较高的响应速度。

ConcurrentSkipListSet 类通常用来解决两个核心问题：

并发访问：在多线程环境中，当多个线程需要同时读取或修改一个集合时，就需要一种线程安全的数据结构来确保数据的一致性和完整性，ConcurrentSkipListSet 提供了高效的并发访问能力，它使用了一种称为“跳表”（Skip List）的数据结构，这种数据结构能够在多线程环境下实现快速的查找、插入和删除操作，而不需要对整个集合进行锁定。
有序集合：除了并发访问外，ConcurrentSkipListSet 还解决了保持集合元素有序的问题，在许多应用场景中，需要一个能够按照某种顺序（自然顺序或自定义顺序）存储元素的集合，ConcurrentSkipListSet 实现了 SortedSet 接口，这意味着它可以根据元素的自然顺序或者通过构造函数提供的 Comparator 对象来对元素进行排序。

总结下来就是，ConcurrentSkipListSet 类主要用来解决在多线程环境下安全、高效地操作有序集合的问题，它结合了跳表的高效查找特性和并发控制机制，使得它成为处理需要高并发访问和有序性的数据集的理想选择，无论是在需要实时更新的排行榜系统、并发处理大量有序数据的服务器应用程序，还是在需要保持数据一致性和有序性的其他多线程场景中，ConcurrentSkipListSet 都能提供强大且有力的支持。

代码案例

下面是一个简单的Java代码，演示了如何使用ConcurrentSkipListSet类，这个示例中，将创建一个ConcurrentSkipListSet实例，并向其中添加一些整数，然后，将启动几个线程来并发地访问和修改这个集合，最后输出集合的内容，如下代码：

import java.util.concurrent.ConcurrentSkipListSet;  
  
public class ConcurrentSkipListSetExample {  
  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
        // 创建一个ConcurrentSkipListSet实例，它将按照自然顺序对元素进行排序  
        ConcurrentSkipListSet<Integer> set = new ConcurrentSkipListSet<>();  
  
        // 向集合中添加一些初始元素  
        set.add(3);  
        set.add(1);  
        set.add(2);  
        System.out.println("Initial set: " + set); // 输出初始集合，应该是有序的：[1, 2, 3]  
  
        // 定义一个线程任务，用于向集合中添加元素  
        Runnable adderTask = () -> {  
            for (int i = 4; i <= 6; i++) {  
                set.add(i); // 尝试添加元素4, 5, 6  
                try {  
                    // 为了演示效果，让线程稍微休眠一下  
                    Thread.sleep(100);  
                } catch (InterruptedException e) {  
                    Thread.currentThread().interrupt();  
                }  
            }  
        };  
  
        // 定义一个线程任务，用于从集合中删除元素  
        Runnable removerTask = () -> {  
            for (int i = 1; i <= 3; i++) {  
                set.remove(i); // 尝试删除元素1, 2, 3  
                try {  
                    // 为了演示效果，让线程稍微休眠一下  
                    Thread.sleep(150);  
                } catch (InterruptedException e) {  
                    Thread.currentThread().interrupt();  
                }  
            }  
        };  
  
        // 启动线程来并发地修改集合  
        Thread adderThread = new Thread(adderTask);  
        Thread removerThread = new Thread(removerTask);  
        adderThread.start();  
        removerThread.start();  
  
        // 等待线程执行完成  
        adderThread.join();  
        removerThread.join();  
  
        // 输出最终的集合内容  
        System.out.println("Final set: " + set); // 输出结果取决于线程的执行顺序，但集合仍然是有序的  
    }  
}

在上面代码中，创建了一个ConcurrentSkipListSet实例，并初始化了三个元素（1, 2, 3），然后，定义了两个Runnable任务：一个用于向集合中添加元素（4, 5, 6），另一个用于从集合中删除元素（1, 2, 3），这两个任务将在不同的线程中并发执行。

核心API

ConcurrentSkipListSet 类实现了 SortedSet 接口，内部基于 Skip List（跳表）数据结构，并提供了高效的并发访问，这个类能够保证元素的有序性，并且允许并发修改。以下是 ConcurrentSkipListSet 类中一些重要方法的含义：

1、构造方法

ConcurrentSkipListSet(): 创建一个新的空集合，根据元素的自然排序进行排序。
ConcurrentSkipListSet(Comparator<? super E> comparator): 创建一个新的空集合，根据提供的比较器进行排序。

2、添加元素

boolean add(E e): 将指定的元素插入此集合（如果尚未存在）。
boolean addAll(Collection<? extends E> c): 将指定集合中的所有元素插入此集合。

3、删除元素

boolean remove(Object o): 从此集合中移除指定元素的单个实例（如果存在）。
boolean removeAll(Collection<?> c): 移除此集合中那些也包含在指定集合中的所有元素。
void clear(): 移除此集合中的所有元素。

4、查询元素

boolean contains(Object o): 如果此集合包含指定的元素，则返回 true。
boolean containsAll(Collection<?> c): 如果此集合包含指定集合中的所有元素，则返回 true。

5、获取视图

Iterator<E> iterator(): 返回在此集合的元素上进行迭代的迭代器。
NavigableSet<E> descendingSet(): 返回此集合中所有元素的逆序视图。
Iterator<E> descendingIterator(): 返回在此集合的元素上以逆序进行迭代的迭代器。

6、获取子集或超集

NavigableSet<E> subSet(E fromElement, boolean fromInclusive, E toElement, boolean toInclusive): 返回此集合的部分视图，其元素范围从 fromElement 到 toElement。
NavigableSet<E> headSet(E toElement, boolean inclusive): 返回此集合的部分视图，其元素都小于（或等于，如果 inclusive 为 true）toElement。
NavigableSet<E> tailSet(E fromElement, boolean inclusive): 返回此集合的部分视图，其元素都大于（或等于，如果 inclusive 为 true）fromElement。