面试题：自定义对象在Java Set集合中的高效使用及内存优化

Question

你需要将自定义的对象放入Set集合中，要求在保证元素唯一性的同时，尽可能提高集合操作的效率，并减少内存消耗。请详细描述如何为自定义对象实现合适的equals()和hashCode()方法，以确保其在Set集合中的高效使用。此外，讨论在高并发环境下，如何对Set集合进行操作以保证数据的一致性和性能，比如如何使用ConcurrentHashMap来构建线程安全的Set集合。

Answer 1

1. 为自定义对象实现合适的 equals() 和 hashCode() 方法

• equals() 方法：
  • 首先，检查传入对象是否为 this 本身，如果是则返回 true，这是一个快速短路的优化。
  • 然后，检查传入对象是否为 null 或者是否与当前对象属于不同的类，如果是则返回 false。
  • 接着，将传入对象强制转换为当前类的类型（前提是前面的类检查通过）。
  • 最后，比较对象中所有参与唯一性判断的关键属性。例如，如果自定义类 Person 有 name 和 age 两个属性决定唯一性，代码如下：

@Override
public boolean equals(Object o) {
    if (this == o) return true;
    if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
    Person person = (Person) o;
    return age == person.age && Objects.equals(name, person.name);
}

• hashCode() 方法：
  • 一个好的 hashCode() 方法应该尽可能地为不同的对象返回不同的哈希值，以减少哈希冲突。
  • 可以使用 Objects.hash() 方法，传入所有参与唯一性判断的属性。对于上述 Person 类：

@Override
public int hashCode() {
    return Objects.hash(name, age);
}

• 另一种常见的手动计算方式是基于质数（如 31）：

@Override
public int hashCode() {
    int result = 17;
    result = 31 * result + (name != null? name.hashCode() : 0);
    result = 31 * result + age;
    return result;
}

2. 在高并发环境下对 Set 集合进行操作

• 使用 ConcurrentHashMap 构建线程安全的 Set 集合：
  • ConcurrentHashMap 本身不是 Set，但可以用来构建线程安全的 Set。可以利用 ConcurrentHashMap 的 Key 唯一性来实现类似 Set 的功能。
  • 例如，创建一个基于 ConcurrentHashMap 的线程安全 Set：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ThreadSafeSet<E> {
    private final ConcurrentHashMap<E, Boolean> map = new ConcurrentHashMap<>();

    public boolean add(E e) {
        return map.putIfAbsent(e, true) == null;
    }

    public boolean remove(E e) {
        return map.remove(e) != null;
    }

    public boolean contains(E e) {
        return map.containsKey(e);
    }
}

• 数据一致性：ConcurrentHashMap 采用了分段锁等机制，在高并发情况下可以保证数据的一致性。对于 putIfAbsent、remove 等操作，它们都是原子性的，所以在多线程环境下能正确地维护集合的状态。
• 性能：ConcurrentHashMap 的分段锁机制允许多个线程同时访问不同的段，减少了锁竞争，从而提高了性能。相比传统的 Hashtable（全表锁），在高并发场景下性能有显著提升。在构建线程安全 Set 时，利用 ConcurrentHashMap 的这些特性，可以保证在高并发下的高效操作。