ConcurrentSkipListSet - 秒懂
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说明：阅读本文之前，请先掌握本文前置知识： 跳表 核心原理 图解，以及ConcurrentSkipListMap - 秒懂。
JUC 高并发工具类（3文章）与高并发容器类（N文章） ：
- 1 CyclicBarrier 使用&核心原理 图解
- 2 countDownLatch 使用&核心原理 图解
- 3 Semaphore 使用&核心原理 图解
- 4 跳表 核心原理 图解
- 5 ConcurrentSkipListMap - 秒懂
- 6 ConcurrentSkipListSet - 秒懂
1、ConcurrentSkipListSet简介
ConcurrentSkipListSet，是J.U.C新增的一个集合工具类，顾名思义，它是一种SET类型。
SET类型，在数学上称为“集合”，具有互异性、无序性的特点，也就是说SET中的任意两个元素均不相同（即不包含重复元素），且元素是无序的。
JDK提供的默认SET实现——HashSet，其实就是采用“组合”的方式——内部引用了一个HashMap对象，以此实现SET的功能。
ConcurrentSkipListSet与ConcurrentSkipListMap的关系，与SET与HashMap的关系类似，就是采用“组合”的方式: ConcurrentSkipListSet组合了一个ConcurrentSkipListMap，将元素作为 ConcurrentSkipListMap的key存放。
2、ConcurrentSkipListSet原理
2.1 ConcurrentSkipListSet的类继承图
我们来看下ConcurrentSkipListSet的类继承图：
2.2 内部结构
ConcurrentSkipListSet的数据结构，如下图所示：
说明：
(01) ConcurrentSkipListSet继承于AbstractSet。因此，它本质上是一个集合。
(02) ConcurrentSkipListSet实现了NavigableSet接口。因此，ConcurrentSkipListSet是一个有序的集合。
(03) ConcurrentSkipListSet是通过组合ConcurrentSkipListMap实现的。它包含一个ConcurrentNavigableMap对象m，而m对象实际上是ConcurrentNavigableMap的实现类ConcurrentSkipListMap的实例。ConcurrentSkipListMap中的元素是key-value键值对；而ConcurrentSkipListSet是集合，它只用到了ConcurrentSkipListMap中的key！
2.3 构造器
ConcurrentSkipListSet的实现非常简单，其内部引用了一个ConcurrentSkipListMap对象，所有API方法均委托ConcurrentSkipListMap对象完成：
public class ConcurrentSkipListSet<E> extends AbstractSet<E>
implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable {
/**
* The underlying map. Uses Boolean.TRUE as value for each
* element. This field is declared final for the sake of thread
* safety, which entails some ugliness in clone().
*/
private final ConcurrentNavigableMap<E, Object> m;
public ConcurrentSkipListSet() {
m = new ConcurrentSkipListMap<E, Object>();
}
public ConcurrentSkipListSet(Comparator<? super E> comparator) {
m = new ConcurrentSkipListMap<E, Object>(comparator);
}
public ConcurrentSkipListSet(Collection<? extends E> c) {
m = new ConcurrentSkipListMap<E, Object>();
addAll(c);
}
public ConcurrentSkipListSet(SortedSet<E> s) {
m = new ConcurrentSkipListMap<E, Object>(s.comparator());
addAll(s);
}
ConcurrentSkipListSet(ConcurrentNavigableMap<E, Object> m) {
this.m = m;
}
// ...
}
从上述代码可以看出，ConcurrentSkipListSet在构造时创建了一个ConcurrentSkipListMap对象，并由字段m引用，所以其实ConcurrentSkipListSet就是一种跳表类型的数据结构，其平均增删改查的时间复杂度均为O(logn)。
2.4 核心方法
我们来看下ConcurrentSkipListSet是如何实现API方法的：
public int size() {
return m.size();
}
public boolean isEmpty() {
return m.isEmpty();
}
public boolean contains(Object o) {
return m.containsKey(o);
}
public boolean add(E e) {
return m.putIfAbsent(e, Boolean.TRUE) == null;
}
public boolean remove(Object o) {
return m.remove(o, Boolean.TRUE);
}
public void clear() {
m.clear();
}
//...
从上述代码可以看出，所有操作均是委托ConcurrentSkipListMap对象完成的。重点看下add方法：
public boolean add(E e) {
return m.putIfAbsent(e, Boolean.TRUE) == null;
}
ConcurrentSkipListMap对键值对的要求是均不能为null，所以ConcurrentSkipListSet在插入元素的时候，用一个Boolean.TRUE对象（相当于一个值为true的Boolean型对象）作为value，同时putIfAbsent可以保证不会存在相同的Key。
所以，最终跳表中的所有Node结点的Key均不会相同，且值都是Boolean.True。
3、ConcurrentSkipListSet适用场景
ConcurrentSkipListSet是线程安全的有序的集合，适用于高并发的场景。
ConcurrentSkipListSet和TreeSet
ConcurrentSkipListSet和TreeSet，它们虽然都是有序的集合。但是，第一，它们的线程安全机制不同，TreeSet是非线程安全的，而ConcurrentSkipListSet是线程安全的。第二，ConcurrentSkipListSet是通过ConcurrentSkipListMap实现的，而TreeSet是通过TreeMap实现的。
4、使用例子
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
/*
* ConcurrentSkipListSet是“线程安全”的集合，而TreeSet是非线程安全的。
*
* 下面是“多个线程同时操作并且遍历集合set”的示例
* (01) 当set是ConcurrentSkipListSet对象时，程序能正常运行。
* (02) 当set是TreeSet对象时，程序会产生ConcurrentModificationException异常。
*
* @author skywang
*/
public class ConcurrentSkipListSetDemo1 {
// TODO: set是TreeSet对象时，程序会出错。
//private static Set<String> set = new TreeSet<String>();
private static Set<String> set = new ConcurrentSkipListSet<String>();
public static void main(String[] args) {
// 同时启动两个线程对set进行操作！
new MyThread("a").start();
new MyThread("b").start();
}
private static void printAll() {
String value = null;
Iterator iter = set.iterator();
while(iter.hasNext()) {
value = (String)iter.next();
System.out.print(value+", ");
}
System.out.println();
}
private static class MyThread extends Thread {
MyThread(String name) {
super(name);
}
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (i++ < 10) {
// “线程名” + "序号"
String val = Thread.currentThread().getName() + (i%6);
set.add(val);
// 通过“Iterator”遍历set。
printAll();
}
}
}
}
运行程序，结果如下：
a1, b1,
a1, a1, a2, b1,
b1, a1, a2, a3, b1,
a1, a2, a3, a1, a4, b1, b2,
a2, a1, a2, a3, a4, a5, b1, b2,
a3, a0, a4, a5, a1, b1, a2, b2,
a3, a0, a4, a1, a5, a2, b1, a3, b2, a4, b3,
a5, a0, b1, a1, b2, a2, b3,
a3, a0, a4, a1, a5, a2, b1, a3, b2, a4, b3, a5, b4,
b1, a0, b2, a1, b3, a2, b4,
a3, a0, a4, a1, a5, a2, b1, a3, b2, a4, b3, a5, b4, b1, b5,
b2, a0, a1, a2, a3, a4, a5, b3, b1, b4, b2, b5,
b3, a0, b4, a1, b5,
a2, a0, a3, a1, a4, a2, a5, a3, b0, a4, b1, a5, b2, b0, b3, b1, b4, b2, b5, b3,
b4, a0, b5,
a1, a2, a3, a4, a5, b0, b1, b2, b3, b4, b5,
a0, a1, a2, a3, a4, a5, b0, b1, b2, b3, b4, b5,
a0, a1, a2, a3, a4, a5, b0, b1, b2, b3, b4, b5,
a0, a1, a2, a3, a4, a5, b0, b1, b2, b3, b4, b5,
