并发情况下 Set 的使用——深入理解 Collections.synchronizedSet 的用法

引言

在 Java 开发中，我们经常需要在多线程环境下操作集合，比如 Set。为了确保线程安全，Java 提供了多种工具和类，Collections.synchronizedSet 是其中一种简单有效的解决方案。本文将围绕 Collections.synchronizedSet 的使用场景、工作原理以及注意事项展开详细讲解。

什么是 `Collections.synchronizedSet`

Collections.synchronizedSet 是 Java 提供的一种工具方法，用于将普通的 Set 包装成线程安全的集合。它通过同步对 Set 的操作来确保多个线程同时访问时不会出现数据不一致的问题。

它属于 java.util.Collections 类的一部分，方法签名如下：

public static <T> Set<T> synchronizedSet(Set<T> s)

示例代码

Set<String> stationIdSet = new HashSet<>();
Set<String> synchronizedSet = Collections.synchronizedSet(stationIdSet);

这里，synchronizedSet 是一个线程安全的集合，所有对其的操作都会被自动同步。

使用场景

多线程环境
当多个线程需要共享一个 Set 时，为了避免竞争条件导致的数据不一致，可以使用 synchronizedSet。
无需更复杂的同步逻辑
对于简单的场景，比如添加、删除元素，synchronizedSet 提供了开箱即用的线程安全性。
集合的线程安全包装
如果不想直接使用 ConcurrentHashMap 或其他并发集合，synchronizedSet 是一个轻量级的选择。

工作原理

Collections.synchronizedSet 的核心是通过内部锁实现的。每次对集合的操作都会被同步到同一个锁上，确保线程安全。例如：

public static <T> Set<T> synchronizedSet(Set<T> s) {return new SynchronizedSet<>(s);
}private static class SynchronizedSet<E> implements Set<E>, Serializable {private final Set<E> s;final Object mutex; // 同步锁SynchronizedSet(Set<E> s) {this.s = Objects.requireNonNull(s);this.mutex = this;}public synchronized boolean add(E e) {synchronized (mutex) {return s.add(e);}}// 其他方法类似
}

可以看到，每个操作都通过一个内部锁（mutex）来同步。

示例代码

以下代码展示了 Collections.synchronizedSet 的基本使用。

代码示例

import java.util.Collections;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;public class SynchronizedSetExample {public static void main(String[] args) {// 原始 SetSet<String> stationIdSet = new HashSet<>();// 包装为线程安全的 SetSet<String> synchronizedSet = Collections.synchronizedSet(stationIdSet);// 启动多个线程并发操作集合Runnable task = () -> {for (int i = 0; i < 5; i++) {synchronizedSet.add(Thread.currentThread().getName() + "-" + i);}};Thread t1 = new Thread(task, "Thread-1");Thread t2 = new Thread(task, "Thread-2");t1.start();t2.start();// 等待线程完成try {t1.join();t2.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 遍历集合（需要外部同步）synchronized (synchronizedSet) {System.out.println("最终集合内容: " + synchronizedSet);}}
}

示例输出

最终集合内容: [Thread-1-0, Thread-1-1, Thread-1-2, Thread-2-0, Thread-2-1, Thread-2-2]

注意事项

外部同步
遍历 synchronizedSet 时，仍然需要手动同步，以防止并发修改引发异常。例如：
```
synchronized (synchronizedSet) {for (String id : synchronizedSet) {System.out.println(id);}
}
```
性能问题
synchronizedSet 是基于锁实现的，在高并发场景下，性能可能不如 ConcurrentSkipListSet 或其他并发集合。
适用场景
对于频繁读写的场景，建议使用 ConcurrentHashMap 或 CopyOnWriteArraySet。

与其他线程安全集合的对比

集合类型	线程安全性	实现方式
`Collections.synchronizedSet`	通过锁同步	简单操作，低并发场景
`ConcurrentSkipListSet`	基于跳表实现	高并发读写
`CopyOnWriteArraySet`	通过复制实现	读多写少，数据量较小时