Java-класс CopyOnWriteArraySet

CopyOnWriteArraySet является частью пакета java.util.concurrent и является потокобезопасным вариантом Set и поддерживается CopyOnWriteArrayList. Он весьма полезен в сценариях, где чтения происходят чаще, чем записи.

1. Как работает CopyOnWriteArraySet?

Подобно CopyOnWriteArrayList, это неизменяемый метод итератора в стиле моментального снимка. Любое изменение коллекции создает новую копию базового массива.

• Когда мы вызываем add(), он проверяет, существует ли уже элемент в базовом массиве:
  • Если элемент отсутствует, он создает новую копию массива, добавляет в нее элемент и заменяет старый массив новым.
  • Если элемент уже существует, набор остается неизменным.
• Когда мы вызываем remove(), он создает новую копию массива, исключая элемент, который нужно удалить. Старый массив отбрасывается, а новый массив становится активной структурой данных.
• При итерации итерация происходит на моментальном снимке массива, который существовал на момент создания итератора.
  • Итераторы неизменяемы, и никакие изменения набора во время итерации не влияют на итератор.
  • Исключение ConcurrentModificationException не генерируется даже в параллельных средах.

Поскольку каждая модификация создает новый массив, CopyOnWriteArraySet не подходит для больших наборов данных или частых записей.

2. Синтаксис

Создание CopyOnWriteArraySet просто. Здесь E представляет тип элементов, которые будет содержать набор.

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;CopyOnWriteArraySet<E> set = new CopyOnWriteArraySet<>()

3. Распространенные методы

При взаимодействии с CopyOnWriteArraySet обычно используются следующие методы.

4. Пример CopyOnWriteArraySet

Давайте рассмотрим простой пример использования класса CopyOnWriteArraySet.

CopyOnWriteArraySet<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();// Adding elementsset.add("Apple");set.add("Banana");set.add("Cherry");set.add("Apple"); // Duplicate element, won't be added// Display the setSystem.out.println("Set: " + set); // Output: [Apple, Banana, Cherry]// Check for an elementSystem.out.println("Contains 'Banana': " + set.contains("Banana")); // Output: true// Remove an elementset.remove("Banana");System.out.println("Set after removal: " + set); // Output: [Apple, Cherry]

5. Исключение ConcurrentModificationException не выбрасывается.

Когда итератор получается из CopyOnWriteArraySet, он работает с моментальным снимком массива на момент создания итератора. Поскольку каждая модификация создает новый массив, различные потоки, работающие одновременно с CopyOnWriteArraySet, по сути работают с различными массивами.

Поскольку базовый массив может измениться из-за параллельных модификаций, представление итератора остается неизменным, предотвращая ConcurrentModificationException. Этот механизм гарантирует безопасность потока без необходимости явной синхронизации во время итерации.

CopyOnWriteArraySet<Integer> set = new CopyOnWriteArraySet<>();set.add(1);set.add(2);set.add(3);// Start a thread to modify the setnew Thread(() -> {set.add(4);set.remove(1);}).start();// Iterate over the setfor(int num : set) {System.out.println("Element: " + num);// Even if the set is modified, no ConcurrentModificationException is thrown}

6. Когда использовать?

Используйте CopyOnWriteArraySet в приложениях, где размеры наборов обычно остаются небольшими, операции только для чтения значительно превосходят по количеству операции изменения, и нам необходимо предотвратить помехи между потоками во время обхода.

Например, мы можем использовать CopyOnWriteArraySet для ведения списка прослушивателей событий, где добавления/удаления происходят нечасто, но уведомления прослушивателей происходят часто.

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;public class ListenerManager {private final CopyOnWriteArraySet<String> listeners = new CopyOnWriteArraySet<>();public void addListener(String listener) {listeners.add(listener);}public void removeListener(String listener) {listeners.remove(listener);}public void notifyListeners(String event) {for(String listener : listeners) {System.out.println("Notifying " + listener + " of event: " + event);}}public static void main(String[] args) {ListenerManager manager = new ListenerManager();manager.addListener("Listener1");manager.addListener("Listener2");manager.notifyListeners("Event1");}}

CopyOnWriteArraySet помогает минимизировать шаги синхронизации, контролируемые программистом, и передает управление встроенным, хорошо протестированным API.

Обратите внимание, что для операций добавления CopyOnWriteArraySet работает хуже, чем HashSet из-за дополнительного шага создания нового резервного массива каждый раз при обновлении набора. Накладных расходов на операции чтения нет; оба класса выполняют одно и то же.

7. Сравнение с другими коллекциями

Давайте сравним CopyOnWriteArraySet с другими наборами в фреймворке коллекции:

8. Заключение

Этот урок Java Collection научил нас использовать класс CopyOnWriteArraySet, его конструкторы, методы и варианты использования. Мы изучили внутреннюю работу CopyOnWriteArraySet и то, чем он отличается от CopyOnWriteArrayList.

Пишите мне свои вопросы в комментариях.