java集合之ConcurrentSkipListSet源码分析

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## 问题 (1)ConcurrentSkipListSet的底层是ConcurrentSkipListMap吗? (2)ConcurrentSkipListSet是线程安全的吗? (3)ConcurrentSkipListSet是有序的吗? (4)ConcurrentSkipListSet和之前讲的Set有何不同? ## 简介 ConcurrentSkipListSet底层是通过ConcurrentNavigableMap来实现的,它是一个有序的线程安全的集合。 ## 源码分析 它的源码比较简单,跟通过Map实现的Set基本是一致,只是多了一些取最近的元素的方法。 为了保持专栏的完整性,我还是贴一下源码,最后会对Set的整个家族作一个对比,有兴趣的可以直接拉到最下面。 ```java // 实现了NavigableSet接口,并没有所谓的ConcurrentNavigableSet接口 public class ConcurrentSkipListSet<E> extends AbstractSet<E> implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = -2479143111061671589L; // 存储使用的map private final ConcurrentNavigableMap<E,Object> m; // 初始化 public ConcurrentSkipListSet() { m = new ConcurrentSkipListMap<E,Object>(); } // 传入比较器 public ConcurrentSkipListSet(Comparator<? super E> comparator) { m = new ConcurrentSkipListMap<E,Object>(comparator); } // 使用ConcurrentSkipListMap初始化map // 并将集合c中所有元素放入到map中 public ConcurrentSkipListSet(Collection<? extends E> c) { m = new ConcurrentSkipListMap<E,Object>(); addAll(c); } // 使用ConcurrentSkipListMap初始化map // 并将有序Set中所有元素放入到map中 public ConcurrentSkipListSet(SortedSet<E> s) { m = new ConcurrentSkipListMap<E,Object>(s.comparator()); addAll(s); } // ConcurrentSkipListSet类内部返回子set时使用的 ConcurrentSkipListSet(ConcurrentNavigableMap<E,Object> m) { this.m = m; } // 克隆方法 public ConcurrentSkipListSet<E> clone() { try { @SuppressWarnings("unchecked") ConcurrentSkipListSet<E> clone = (ConcurrentSkipListSet<E>) super.clone(); clone.setMap(new ConcurrentSkipListMap<E,Object>(m)); return clone; } catch (CloneNotSupportedException e) { throw new InternalError(); } } /* ---------------- Set operations -------------- */ // 返回元素个数 public int size() { return m.size(); } // 检查是否为空 public boolean isEmpty() { return m.isEmpty(); } // 检查是否包含某个元素 public boolean contains(Object o) { return m.containsKey(o); } // 添加一个元素 // 调用map的putIfAbsent()方法 public boolean add(E e) { return m.putIfAbsent(e, Boolean.TRUE) == null; } // 移除一个元素 public boolean remove(Object o) { return m.remove(o, Boolean.TRUE); } // 清空所有元素 public void clear() { m.clear(); } // 迭代器 public Iterator<E> iterator() { return m.navigableKeySet().iterator(); } // 降序迭代器 public Iterator<E> descendingIterator() { return m.descendingKeySet().iterator(); } /* ---------------- AbstractSet Overrides -------------- */ // 比较相等方法 public boolean equals(Object o) { // Override AbstractSet version to avoid calling size() if (o == this) return true; if (!(o instanceof Set)) return false; Collection<?> c = (Collection<?>) o; try { // 这里是通过两次两层for循环来比较 // 这里是有很大优化空间的,参考上篇文章CopyOnWriteArraySet中的彩蛋 return containsAll(c) && c.containsAll(this); } catch (ClassCastException unused) { return false; } catch (NullPointerException unused) { return false; } } // 移除集合c中所有元素 public boolean removeAll(Collection<?> c) { // Override AbstractSet version to avoid unnecessary call to size() boolean modified = false; for (Object e : c) if (remove(e)) modified = true; return modified; } /* ---------------- Relational operations -------------- */ // 小于e的最大元素 public E lower(E e) { return m.lowerKey(e); } // 小于等于e的最大元素 public E floor(E e) { return m.floorKey(e); } // 大于等于e的最小元素 public E ceiling(E e) { return m.ceilingKey(e); } // 大于e的最小元素 public E higher(E e) { return m.higherKey(e); } // 弹出最小的元素 public E pollFirst() { Map.Entry<E,Object> e = m.pollFirstEntry(); return (e == null) ? null : e.getKey(); } // 弹出最大的元素 public E pollLast() { Map.Entry<E,Object> e = m.pollLastEntry(); return (e == null) ? null : e.getKey(); } /* ---------------- SortedSet operations -------------- */ // 取比较器 public Comparator<? super E> comparator() { return m.comparator(); } // 最小的元素 public E first() { return m.firstKey(); } // 最大的元素 public E last() { return m.lastKey(); } // 取两个元素之间的子set public NavigableSet<E> subSet(E fromElement, boolean fromInclusive, E toElement, boolean toInclusive) { return new ConcurrentSkipListSet<E> (m.subMap(fromElement, fromInclusive, toElement, toInclusive)); } // 取头子set public NavigableSet<E> headSet(E toElement, boolean inclusive) { return new ConcurrentSkipListSet<E>(m.headMap(toElement, inclusive)); } // 取尾子set public NavigableSet<E> tailSet(E fromElement, boolean inclusive) { return new ConcurrentSkipListSet<E>(m.tailMap(fromElement, inclusive)); } // 取子set,包含from,不包含to public NavigableSet<E> subSet(E fromElement, E toElement) { return subSet(fromElement, true, toElement, false); } // 取头子set,不包含to public NavigableSet<E> headSet(E toElement) { return headSet(toElement, false); } // 取尾子set,包含from public NavigableSet<E> tailSet(E fromElement) { return tailSet(fromElement, true); } // 降序set public NavigableSet<E> descendingSet() { return new ConcurrentSkipListSet<E>(m.descendingMap()); } // 可分割的迭代器 @SuppressWarnings("unchecked") public Spliterator<E> spliterator() { if (m instanceof ConcurrentSkipListMap) return ((ConcurrentSkipListMap<E,?>)m).keySpliterator(); else return (Spliterator<E>)((ConcurrentSkipListMap.SubMap<E,?>)m).keyIterator(); } // 原子更新map,给clone方法使用 private void setMap(ConcurrentNavigableMap<E,Object> map) { UNSAFE.putObjectVolatile(this, mapOffset, map); } // 原子操作相关内容 private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE; private static final long mapOffset; static { try { UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe(); Class<?> k = ConcurrentSkipListSet.class; mapOffset = UNSAFE.objectFieldOffset (k.getDeclaredField("m")); } catch (Exception e) { throw new Error(e); } } } ``` 可以看到,ConcurrentSkipListSet基本上都是使用ConcurrentSkipListMap实现的,虽然取子set部分是使用ConcurrentSkipListMap中的内部类,但是这些内部类其实也是和ConcurrentSkipListMap相关的,它们返回ConcurrentSkipListMap的一部分数据。 另外,这里的equals()方法实现的相当敷衍,有很大的优化空间,作者这样实现,应该也是知道几乎没有人来调用equals()方法吧。 ## 总结 (1)ConcurrentSkipListSet底层是使用ConcurrentNavigableMap实现的; (2)ConcurrentSkipListSet有序的,基于元素的自然排序或者通过比较器确定的顺序; (3)ConcurrentSkipListSet是线程安全的; ## 彩蛋 Set大汇总: Set|有序性|线程安全|底层实现|关键接口|特点 ---|---|---|---|---|--- HashSet|无|否|HashMap|无|简单 LinkedHashSet|有|否|LinkedHashMap|无|插入顺序 TreeSet|有|否|NavigableMap|NavigableSet|自然顺序 CopyOnWriteArraySet|有|是|CopyOnWriteArrayList|无|插入顺序,读写分离 ConcurrentSkipListSet|有|是|ConcurrentNavigableMap|NavigableSet|自然顺序 从中我们可以发现一些规律: (1)除了HashSet其它Set都是有序的; (2)实现了NavigableSet或者SortedSet接口的都是自然顺序的; (3)使用并发安全的集合实现的Set也是并发安全的; (4)TreeSet虽然不是全部都是使用的TreeMap实现的,但其实都是跟TreeMap相关的(TreeMap的子Map中组合了TreeMap); (5)ConcurrentSkipListSet虽然不是全部都是使用的ConcurrentSkipListMap实现的,但其实都是跟ConcurrentSkipListMap相关的(ConcurrentSkipListeMap的子Map中组合了ConcurrentSkipListMap);
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