如何保证HashSet线程安全？-hashset线程安全吗

大家好，我是指北君。

线程安全的问题，真的算是老生常谈了。这几天看到一个 HashSet 线程安全的骚操作，在这里分享给大家。在本文中，我们将分享如何构造线程安全的HashSet的几种方法。

使用ConcurrentHashMap工厂方法构造线程安全的HashSet

首先, 我们来看看_ConcurrentHashMap_暴露出来的静态方法 -- newKeySet()。此方法返回一个Set的实例，等同于实现了 java.util.Set 接口，而且能够使用Set的一些常用操作，比如 add(), contains() 等。

举个例子：

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

这里返回的Set，其实有点类似于 HashSet，因为两者都是基于Hash算法实现的，另外线程同步逻辑带来的额外开销也很小，因为它最终还是 ConcurrentHashMap 的一部分。

不过，这个只能在 Java 8 以上版本才可以使用，我想大部分公司应该至少 Java 8 了吧。直接拿来用就行。

现在，我们已经了解了可以用 ConcurrentHashMap#newKeySet()构建类似于线程安全的HashSet，在 ConcurrentHashMap 其实被定义为 KeySetView。ConcurrentHashMap 其实还有两个实例方法可以用于构建 KeySetView, 一个是 keySet() 另外一个就是keySet(defaultValue), 我这里就简写一下了，大家可以在IDE中直接打出来看看。

这两个方法都可以创建KeySetView的实例，KeySetView 与 Map 是一个连接的关系。我们每次向Map中添加新的键值对的时候，Set中的数据也在相应的添加，我们通过几个例子来看看这两种方法有哪些区别。

KeySet() 方法

keySet() 方法和 keySet(defaultValue) ，最大的区别就是不能直接往Set中添加数据。直接添加的话，会抛出 UnsupportedOperationException 异常，源码中的定义如下。

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

所以我们只能通过如下的方式使用。

ConcurrentHashMap<Integer,String> numbersMap = new ConcurrentHashMap<>();
Set<Integer> 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);

输出结果如下。

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) ,由于有设置默认的value，可以在添加的时候不会报错，JDK 源码纵定义如下：

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

所以我们可以通过如下的方式使用。

ConcurrentHashMap<Integer,String> numbersMap = new ConcurrentHashMap<>();
Set<Integer> 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);

输出结果如下：

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的来创建线程安全的 Set

java.util.Collections 中有一个线程同步的方法可以用于创建，示例代码如下。

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

这个方法的性能并没有ConcurrentHashMap的那个效率高，由于使用了同步锁，增加了一些额外的开销。

使用CopyOnWriteArraySet构建线程安全的 Set

用CopyOnWriteArraySet 创建线程安全的 set 也是非常简单的。示例代码如下

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

这个方法从性能的角度上来看，也不是很理想，CopyOnWriteArraySet 背后的实现是CopyOnWriteArrayList, 最终使用了数组来存储数据，也就意味着 contains() 或者 remove() 操作，具有 O(n) 的复杂度，而使用HashMap 复杂度为 O(1) 。

建议使用此实现时，设置大小通常保持较小，只读操作占大多数。

总结

在本文中，我们看到了不同的创建线程安全的Set的方式，也比较了他们之间的差异性。所以大家以后使用的时候，可以考虑使用ConcurrentHashMap创建的Set。