java基础 -10 Set之ConcurrentSkipListSet、EnumSet

ConcurrentSkipListSet

ConcurrentSkipListSet是java中的集合类，是在多线程的环境中使用的，实现Set接口，它基于跳表(skip List)的数据结构。跳表是一种基于并行排序的数据结构，允许快速的出入，删除和查找操作，且在多线程环境中具备良好的并发性能。

主要用途和特点：

• 线程安全： ConcurrentSkipListSet 是线程安全的，可以在多线程环境中安全的使用呢，无需额外的同步措施。但需要注意的是，他是复合操作，并不保证原子性，故而在特定的应用场景下，可能需要外部同步，从而保证一系列操作的原子性。
• 有序性： 集合中的元素是有序的，它们按照自然顺序或者通过提供的比较器进行排序。但是在使用比较器的时候，实际上的比较器的接口主要实现了compable接口，为了确保比较器的逻辑和元素的compareTo方法一直，从而避免不一致的排序。
• 动态扩展：跳表具备动态扩展的特性，可以有效的对应元素的动态添加和删除。

常用方法介绍

• add(E e)：

  • 将指定元素添加到集合中，如果集合已包含该元素，则不进行修改。
  • 返回 true 如果元素成功添加，false 如果元素已经存在。

    ConcurrentSkipListSet<String> set = new ConcurrentSkipListSet<>();
    set.add("Apple");
    set.add("Banana");
    

• addAll(Collection c)：

  • 将指定集合中的所有元素添加到集合中。
  • 返回 true 如果集合发生改变，false 如果集合未发生改变。

  Set<String> fruits = new HashSet<>(Arrays.asList("Orange", "Grape"));
  set.addAll(fruits);
  

• remove(Object o)：

  • 从集合中移除指定元素。
  • 返回 true 如果元素存在并成功移除，false 如果元素不存在。

  set.remove("Banana");
  

• contains(Object o)：

  • 判断集合是否包含指定元素。
  • 返回 true 如果元素存在，false 如果元素不存在。

  boolean containsApple = set.contains("Apple");
  

• size()：

  • 返回集合中的元素数量。

  int setSize = set.size();
  

• isEmpty()：

  • 判断集合是否为空。
  • 返回 true 如果集合为空，false 如果集合不为空。

  boolean isEmpty = set.isEmpty();
  

• iterator()：

• 返回集合的迭代器，可以用于遍历集合中的元素。

  Iterator<String> iterator = set.iterator();
  while (iterator.hasNext()) {
      String element = iterator.next();
      // 处理元素
  }
  

• first() 和 last()：

  • 返回集合中的第一个和最后一个元素，分别是最小和最大的元素。

  String firstElement = set.first();
  String lastElement = set.last();
  

public class ConcurrentSkipListSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentSkipListSet<String> skipListSet = new ConcurrentSkipListSet<>();
        
        // 添加元素
        skipListSet.add("Apple");
        skipListSet.add("Banana");
        skipListSet.add("Orange");
        
        // 遍历元素
        for (String fruit : skipListSet) {
            System.out.println(fruit);
        }
    }
}

作为Java中主要与多线程中需要有序集合，并且能够对并发访问有较高的要求的问题，他主要设计目标是提供一个线程安全的，支持并发访问的有序集合，具备良好的信呢和拓展性。
主要适用场景在于：

• 高并发的有序集合：当需要在多线程环境中使用有序集合时，ConcurrentSkipListSet 提供了一种线程安全的选择。它支持在集合中进行并发插入、删除和查找操作，而无需额外的同步措施。

• 无锁并发操作： ConcurrentSkipListSet 内部基于跳表数据结构实现，该结构允许在并发环境中进行无锁操作。这种设计使得在多线程访问时，不需要显式地加锁，从而提高了并发性能。

• 动态扩展和收缩： 跳表的特性允许动态地进行插入和删除操作，而不会导致整体性能的急剧下降。这对于需要频繁修改集合的应用场景非常有用。

• 迭代器的弱一致性： ConcurrentSkipListSet 提供了弱一致性的迭代器，这意味着在迭代过程中可以容忍一些并发修改，从而在多线程环境中提供了一种灵活的迭代方式。

• 有序性的需求： 如果应用程序需要元素按照一定的顺序排列，可以通过自然顺序或者通过提供比较器来实现有序性。

EnumSet

EnumSet 是专门为枚举类型设计的集合类，它在内部使用位向量表示集合元素，因此在性能和内存使用方面都非常高效。

主要特点：

• 专门用于枚举类型： EnumSet被设计用于存储枚举类型的元素，它提供了高效的位向量表示。

• 不允许null元素： EnumSet不允许包含null元素。

• 非线程安全：EnumSet不是线程安全的，如果在多线程环境中使用，需要进行外部同步。

public class EnumSetExample {
    enum Days { MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建 EnumSet
        EnumSet<Days> daysSet = EnumSet.of(Days.MONDAY, Days.WEDNESDAY, Days.FRIDAY);

        // 遍历 EnumSet
        for (Days day : daysSet) {
            System.out.println(day);
        }
    }
}

在使用EnumSet的时候一些注意重要事项：

• 专用与枚举类型： EnumSet是专门为枚举类型设计的集合，只能存储枚举类型的元素，如果尝试将非枚举类型的元素添加到EnumSet中，将会抛出ClassCastException.

  // 示例：创建存储整数的 EnumSet，会导致编译错误
  EnumSet<Integer> invalidSet = EnumSet.of(1, 2, 3); // 错误！只能存储枚举类型
  

• 不允许包含null元素：enumSet不允许包含null元素，如果尝试添加null元素，将会抛出NullPointException异常。

  // 示例：创建包含 null 的 EnumSet，会导致运行时异常
  EnumSet<String> invalidSet = EnumSet.of("A", null, "C"); // 错误！不允许包含 null
  	
  

• 创建方式：使用EnumSet的静态工厂方法，来创建实例。这些工厂方法提供了方便的方式来初始化EnumSet。

  // 示例：使用 EnumSet.of 创建 EnumSet
  EnumSet<Days> daysSet = EnumSet.of(Days.MONDAY, Days.WEDNESDAY, Days.FRIDAY);
  

• 位向量表示：EnumSet的实现方式使用位向量，因此它能在内部的表示是非常高效的，并且特别适合用于灭绝类型的优先元素集合。
• 非线程安全：EnumSet并非线程安全的，如果在多线程环境下使用，需要进行外部同步，或者使用Collections.synchronizedSet方法来创建一个线程安全的EnumSet包装。

// 创建线程安全的 EnumSet
EnumSet<Days> synchronizedDaysSet = Collections.synchronizedSet(EnumSet.of(Days.MONDAY, Days.WEDNESDAY, Days.FRIDAY));

EnumSet常用方法介绍

• of(E e1, E e2, …, E en)：

  • 静态工厂方法，用于创建一个包含指定枚举元素的 EnumSet。

EnumSet<Days> daysSet = EnumSet.of(Days.MONDAY, Days.WEDNESDAY, Days.FRIDAY);

• allOf(Class< E > elementType)：

  • 静态工厂方法，用于创建一个包含指定枚举类型的所有元素的 EnumSet。

EnumSet<Days> allDays = EnumSet.allOf(Days.class);

• noneOf(Class< E > elementType)：

  • 静态工厂方法，用于创建一个空的 EnumSet，指定枚举类型的元素。

EnumSet<Days> emptyDays = EnumSet.noneOf(Days.class);

• copyOf(EnumSet s)：

  • 静态工厂方法，用于复制另一个 EnumSet。

EnumSet<Days> copyDays = EnumSet.copyOf(existingDaysSet);

• range(E from, E to)：

  • 静态工厂方法，用于创建一个包含从 from 到 to 范围内的所有元素的 EnumSet。

EnumSet<Days> weekdays = EnumSet.range(Days.MONDAY, Days.FRIDAY);

• add(E e) 和 addAll(Collection c)：

  • 将指定元素或集合中的所有元素添加到集合中。

EnumSet<Days> daysSet = EnumSet.of(Days.MONDAY, Days.WEDNESDAY);
daysSet.add(Days.FRIDAY);
Set<Days> weekend = new HashSet<>(Arrays.asList(Days.SATURDAY, Days.SUNDAY));
daysSet.addAll(weekend);

• clear()：
  • 清空集合中的所有元素。

daysSet.clear();

• size() 和 isEmpty()：
  • 返回集合中的元素数量和判断集合是否为空。

int setSize = daysSet.size();
boolean isEmpty = daysSet.isEmpty();

• contains(Object o) 和 containsAll(Collection c)：
  • 判断集合是否包含指定元素或集合中的所有元素。

boolean containsMonday = daysSet.contains(Days.MONDAY);
Set<Days> checkDays = new HashSet<>(Arrays.asList(Days.MONDAY, Days.WEDNESDAY));
boolean containsAll = daysSet.containsAll(checkDays);