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如何保證HashSet線程安全？

大家好，我是指北君。

線程安全的問題，真的算是老生常談了。這幾天看到一個 HashSet 線程安全的騷操作，在這里分享給大家。在本文中，我們將分享如何構(gòu)造線程安全的HashSet的幾種方法。

使用ConcurrentHashMap工廠方法構(gòu)造線程安全的HashSet

首先, 我們來看看_ConcurrentHashMap_暴露出來的靜態(tài)方法 -- newKeySet()。此方法返回一個Set的實例，等同于實現(xiàn)了 java.util.Set 接口，而且能夠使用Set的一些常用操作，比如 add(), contains() 等。

舉個例子：

Set threadSafeUniqueNumbers = ConcurrentHashMap.newKeySet();
threadSafeUniqueNumbers.add(23);
threadSafeUniqueNumbers.add(45);

這里返回的Set，其實有點類似于 HashSet，因為兩者都是基于Hash算法實現(xiàn)的，另外線程同步邏輯帶來的額外開銷也很小，因為它最終還是 ConcurrentHashMap 的一部分。

不過，這個只能在 Java 8 以上版本才可以使用，我想大部分公司應(yīng)該至少 Java 8 了吧。直接拿來用就行。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)了解了可以用 ConcurrentHashMap#newKeySet()構(gòu)建類似于線程安全的HashSet，在 ConcurrentHashMap 其實被定義為 KeySetView。ConcurrentHashMap 其實還有兩個實例方法可以用于構(gòu)建 KeySetView, 一個是 keySet() 另外一個就是keySet(defaultValue), 我這里就簡寫一下了，大家可以在IDE中直接打出來看看。

這兩個方法都可以創(chuàng)建KeySetView的實例，KeySetView 與 Map 是一個連接的關(guān)系。我們每次向Map中添加新的鍵值對的時候，Set中的數(shù)據(jù)也在相應(yīng)的添加，我們通過幾個例子來看看這兩種方法有哪些區(qū)別。

KeySet() 方法

keySet() 方法和 keySet(defaultValue) ，最大的區(qū)別就是不能直接往Set中添加數(shù)據(jù)。直接添加的話，會拋出 UnsupportedOperationException 異常，源碼中的定義如下。

public KeySetView keySet(){
    KeySetView ks;
    if ((ks = keySet) != null) return ks;
    return keySet = new KeySetView(this, null);
}
// add
public boolean add(K e){
    V v;
    if ((v = value) == null)
        throw new UnsupportedOperationException();
    return map.putVal(e, v, true) == null;
}

所以我們只能通過如下的方式使用。

ConcurrentHashMap numbersMap = new ConcurrentHashMap<>();
Set numbersSet = numbersMap.keySet();

numbersMap.put(1, "One");
numbersMap.put(2, "Two");
numbersMap.put(3, "Three");

System.out.println("Map before remove: "+ numbersMap);
System.out.println("Set before remove: "+ numbersSet);

numbersSet.remove(2);

System.out.println("Set after remove: "+ numbersSet);
System.out.println("Map after remove: "+ numbersMap);

輸出結(jié)果如下。

Map before remove: {1=One, 2=Two, 3=Three}
Set before remove: [1, 2, 3]

Set after remove: [1, 3]
Map after remove: {1=One, 3=Three}

KeySet(defaultValue) 方法

keySet(defaultValue) ,由于有設(shè)置默認的value，可以在添加的時候不會報錯，JDK 源碼縱定義如下：

public KeySetView keySet(V mappedValue){
    if (mappedValue == null)
        throw new NullPointerException();
    return new KeySetView(this, mappedValue);
}

所以我們可以通過如下的方式使用。

ConcurrentHashMap numbersMap = new ConcurrentHashMap<>();
Set numbersSet = numbersMap.keySet("SET-ENTRY");

numbersMap.put(1, "One");
numbersMap.put(2, "Two");
numbersMap.put(3, "Three");

System.out.println("Map before add: "+ numbersMap);
System.out.println("Set before add: "+ numbersSet);

numbersSet.addAll(asList(4,5));

System.out.println("Map after add: "+ numbersMap);
System.out.println("Set after add: "+ numbersSet);

輸出結(jié)果如下：

Map before add: {1=One, 2=Two, 3=Three}
Set before add: [1, 2, 3]
Map after add: {1=One, 2=Two, 3=Three, 4=SET-ENTRY, 5=SET-ENTRY}
Set after add: [1, 2, 3, 4, 5]

使用Collections的來創(chuàng)建線程安全的 Set

java.util.Collections 中有一個線程同步的方法可以用于創(chuàng)建，示例代碼如下。

Set syncNumbers = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
syncNumbers.add(1);

這個方法的性能并沒有ConcurrentHashMap的那個效率高，由于使用了同步鎖，增加了一些額外的開銷。

使用CopyOnWriteArraySet構(gòu)建線程安全的 Set

用CopyOnWriteArraySet 創(chuàng)建線程安全的 set 也是非常簡單的。示例代碼如下

Set copyOnArraySet = new CopyOnWriteArraySet<>();
copyOnArraySet.add(1);

這個方法從性能的角度上來看，也不是很理想，CopyOnWriteArraySet 背后的實現(xiàn)是CopyOnWriteArrayList, 最終使用了數(shù)組來存儲數(shù)據(jù)，也就意味著 contains() 或者 remove() 操作，具有 O(n) 的復雜度，而使用HashMap 復雜度為 O(1) 。

建議使用此實現(xiàn)時，設(shè)置大小通常保持較小，只讀操作占大多數(shù)。

總結(jié)

在本文中，我們看到了不同的創(chuàng)建線程安全的Set的方式，也比較了他們之間的差異性。所以大家以后使用的時候，可以考慮使用ConcurrentHashMap創(chuàng)建的Set。

網(wǎng)站題目：如何保證HashSet線程安全？
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