CopyOnWriteArraySet 何时对实现线程安全的 HashSet 有用？

Question

在Java 中，有名为ConcurrentHashMap 的线程安全版本HashMap 和名为ConcurrentSkipListMap 的线程安全版本ConcurrentSkipListMap，但HashSet 没有ConcurrentHashSet。

相反，通常有 4 种方法可以使用线程安全的Set：

1. Set<String> mySet = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<String, Boolean>());
2. Set<String> s = Collections.synchronizedSet(new HashSet<String>());
3. ConcurrentSkipListSet<E>
4. CopyOnWriteArraySet<E>

1 使用keySet() 或ConcurrentHashMap 来实现Set 和线程安全。

2使用synchronized的方式，好像不推荐这种方式。

3 基于ConcurrentSkipListMap，被广泛使用。

4 基于CopyOnWriteArrayList，因此它具有与CopyOnWriteArrayList 相同的基本属性。以下是从CopyOnWriteArraySet doc中选择的：http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/concurrent/CopyOnWriteArraySet.html

• 它最适合通常保持集合大小的应用程序 小型只读操作的数量远远超过可变操作，并且 您需要在遍历期间防止线程之间的干扰。
• 它是线程安全的。
• 可变操作（添加、设置、删除等）代价高昂，因为它们通常需要复制整个底层数组。
• 迭代器不支持可变删除操作。
• 通过迭代器的遍历速度很快，不会遇到其他线程的干扰。
• 迭代器依赖于构造迭代器时数组的不变快照。

既然常用1和3，那么CopyOnWriteArraySet为什么会存在呢？ CopyOnWriteArraySet 什么时候有用？

补充：CopyOnWriteArraySet是基于CopyOnWriteArrayList，contains在List数据结构中的运算是O(n)，而@987654349 @ 数据结构用于高性能 contains 操作，有人可以解释一下吗？

Answer 1

当您有一小部分元素用于线程安全集合时，它很有用。

一个例子是一组监听器。您需要确保唯一性并有效地迭代它们。

BTW CopyOnWriteArraySet 在每个引用的基础上具有最低的开销。它可以是其他集合大小的 1/6。如果您有很多，这将特别有用。

虽然 Set 数据结构是为了高性能包含操作，但有人可以解释一下吗？

COWAS 在内存方面的效率更高，它的 contains 对于小型集合比其他方法更快。什么是“高性能”取决于用例。

Answer 2

写时复制结构在功能上是不可变的。

Java 在为可写结构（例如集合）提供不可变视图方面曾有过一个非常糟糕的故事。例如，如果您有一个 set 成员，并且您公开返回它，调用者可以转身编辑它，因此正在编辑您的对象的内部状态！但是你还能做什么，在从任何公共函数返回之前复制整个内容？那将是毫无意义的缓慢。

这是 Java 历史上较早的故事。他们几乎完全依赖于不可变对象（字符串就是一个例子）。集合是这种模式的一个例外，因此从封装的角度来看是有问题的。当添加CopyOnWriteArraySet 时，unmodifiableCollection 和unmodifiableSet 还不存在（虽然unmodifiableCollection 已经在很大程度上解决了这个问题，但我仍然觉得它比其他语言提供的解决方案更麻烦，尤其是在使用自定义数据结构时） .因此，这可能首先解释了创建CopyOnWriteArraySet 的最大动机。您可以返回 CopyOnWriteArraySet，而不必担心其他人会修改您对象的内部状态，也不会浪费时间制作不必要的副本。

Copy-On-Write 在几年前是一种时尚，但它对于多线程编程来说是一个出了名的低效想法，并且效率低于其他模型。从您发布的文档中，他们通过创建线程本地快照加快了迭代速度，这意味着他们正在消耗内存来补偿。因此，只要您的数据很小，它就是一个完全可以使用的类……因为内存快照不会增加太多浪费的内存。

Answer 3

测试代码：

Set<String> a = new CopyOnWriteArraySet<String>();
    for(int i=0;i<10;i++) {
        a.add("str" + i);
    }
    boolean flag = true;
    long t1 = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<200000;i++) {
        flag = a.contains("str" + i);
    }
    System.out.println(System.currentTimeMillis() - t1);

    Set<String> b = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<String, Boolean>());
    for(int i=0;i<10;i++) {
        b.add("str" + i);
    }
    t1 = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<200000;i++) {
        flag = b.contains("str" + i);
    }
    System.out.println(System.currentTimeMillis() - t1);

表明CopyOnWriteArraySet 比Collections.newSetFromMap 慢。由于测试用例是一个很小的Set 只读操作，CopyOnWriteArraySet 似乎并不好。