在Java中如何使用ConcurrentSkipListSet实现并发有序集合_ConcurrentSkipListSet集合技巧

ConcurrentSkipListSet是基于跳表实现的线程安全有序集合，支持高效并发插入、删除和查找，元素按自然顺序或自定义比较器排序，不接受null值，提供子集视图用于范围查询，适用于多线程下需排序与去重的场景。

在Java中，ConcurrentSkipListSet 是一个支持高并发访问的有序集合，它基于 ConcurrentSkipListMap 实现，提供了线程安全且自然排序的集合操作。如果你需要一个既能保证元素唯一性、又能按顺序访问、同时支持多线程环境的集合，ConcurrentSkipListSet 是比 synchronized 包装的 TreeSet 更高效的选择。

ConcurrentSkipListSet 的基本特性

ConcurrentSkipListSet 具备以下关键特点：

• 线程安全：所有操作都无需外部同步，内部使用无锁（lock-free）算法实现高并发。
• 有序性：元素按自然顺序或自定义 Comparator 排序，遍历时可保证顺序一致。
• 非阻塞读写：多个线程可以同时读取，写操作也不会完全阻塞读操作。
• 不接受 null 值：插入 null 会抛出 NullPointerException。

创建与初始化 ConcurrentSkipListSet

可以直接使用默认构造函数创建，也可以传入自定义比较器：

默认自然排序（升序）：

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ConcurrentSkipListSet set = new ConcurrentSkipListSet<>();

自定义排序（例如降序）：

ConcurrentSkipListSet set = new ConcurrentSkipListSet<>(Comparator.reverseOrder());

你也可以从已有集合初始化：

Set data = Set.of("apple", "banana", "cherry");
ConcurrentSkipListSet sortedSet = new ConcurrentSkipListSet<>(data);

常用操作示例

以下是常见的集合操作，均线程安全：

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• add(E e)：添加元素，自动去重并排序。
• remove(Object o)：移除指定元素。
• contains(Object o)：判断是否包含某元素。
• first() / last()：获取最小/最大元素。
• pollFirst() / pollLast()：取出并移除最小/最大元素，适用于任务调度等场景。

示例代码：

ConcurrentSkipListSet numbers = new ConcurrentSkipListSet<>();
numbers.add(5);
numbers.add(1);
numbers.add(3);

System.out.println(numbers); // 输出 [1, 3, 5]

Integer min = numbers.pollFirst(); // 取出最小值 1
System.out.println("最小值：" + min);

高级用法：子集视图操作

ConcurrentSkipListSet 支持获取有序子集，这对范围查询非常有用：

• subSet(E fromElement, E toElement)：返回范围内的子集（左闭右开）。
• headSet(E toElement)：返回小于某值的所有元素。
• tailSet(E fromElement)：返回大于等于某值的所有元素。

这些视图是动态的，底层数据变化会反映到视图中：

ConcurrentSkipListSet scores = new ConcurrentSkipListSet<>();
scores.addAll(Arrays.asList(85, 90, 78, 95, 88));

SortedSet highScores = scores.tailSet(90); // ≥90
System.out.println(highScores); // 输出 [90, 95]

适用场景与性能建议

ConcurrentSkipListSet 特别适合以下场景：

• 多线程环境下需要保持元素有序的去重集合。
• 频繁进行插入、删除和查找操作，且要求平均对数时间复杂度。
• 需要范围查询或有序遍历，如排行榜、任务优先队列等。

性能对比参考：

• 比 Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet()) 在高并发下性能更好。
• 插入和查找平均 O(log n)，最坏情况也是 O(log n)，优于链表结构。
• 内存开销略高，因跳表需要维护多层索引节点。

如果不需要排序，仅需线程安全去重，可考虑 ConcurrentHashMap.keySet() 配合新 API 使用。