面试题：自定义实现符合Java集合框架规范的高性能有序Map

实现思路

数据结构选择：
- 可以考虑使用跳表（Skip List）。跳表是一种随机化的数据结构，它在平均情况下的时间复杂度和平衡二叉搜索树（如TreeMap内部使用的红黑树）相同，但实现相对简单，在某些场景下性能更高。
- 跳表由多层链表组成，最底层链表包含所有元素，并且是有序的。上层链表是下层链表的子集，通过随机化的方式构建，这样可以快速定位元素。
保证有序性：
- 在插入元素时，按照从小到大的顺序将元素插入到跳表的底层链表中。插入过程中，根据随机化的规则决定该元素是否提升到上层链表。这样可以保证所有层的链表都是有序的。
- 在删除元素时，需要从所有包含该元素的层链表中删除，以维持整体的有序性。
处理并发访问：
- 可以使用读写锁（ReadWriteLock）来处理并发访问。读操作可以并发执行，因为读操作不会改变数据结构，所以多个线程可以同时读取。
- 写操作（插入、删除等）需要获取写锁，以保证在写操作执行时，没有其他线程同时进行写操作或读操作，避免数据不一致。

关键代码片段

以下是一个简化的跳表实现的关键代码片段（以Java为例）：

import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
import java.util.Random;

public class SkipListMap<K extends Comparable<K>, V> {

    private static final int MAX_LEVEL = 16;
    private static final Random random = new Random();
    private final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
    private int level = 1;
    private SkipListNode<K, V> header;

    public SkipListMap() {
        header = new SkipListNode<>(null, null, MAX_LEVEL);
    }

    private static class SkipListNode<K, V> {
        K key;
        V value;
        SkipListNode<K, V>[] forward;

        SkipListNode(K key, V value, int level) {
            this.key = key;
            this.value = value;
            forward = new SkipListNode[level];
        }
    }

    private int randomLevel() {
        int level = 1;
        while (random.nextInt() % 2 == 0 && level < MAX_LEVEL) {
            level++;
        }
        return level;
    }

    public V put(K key, V value) {
        lock.writeLock().lock();
        try {
            SkipListNode<K, V>[] update = new SkipListNode[MAX_LEVEL];
            SkipListNode<K, V> x = header;
            for (int i = level - 1; i >= 0; i--) {
                while (x.forward[i] != null && x.forward[i].key.compareTo(key) < 0) {
                    x = x.forward[i];
                }
                update[i] = x;
            }
            x = x.forward[0];
            if (x != null && x.key.compareTo(key) == 0) {
                V oldValue = x.value;
                x.value = value;
                return oldValue;
            } else {
                int newLevel = randomLevel();
                if (newLevel > level) {
                    for (int i = level; i < newLevel; i++) {
                        update[i] = header;
                    }
                    level = newLevel;
                }
                x = new SkipListNode<>(key, value, newLevel);
                for (int i = 0; i < newLevel; i++) {
                    x.forward[i] = update[i].forward[i];
                    update[i].forward[i] = x;
                }
                return null;
            }
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }

    public V get(K key) {
        lock.readLock().lock();
        try {
            SkipListNode<K, V> x = header;
            for (int i = level - 1; i >= 0; i--) {
                while (x.forward[i] != null && x.forward[i].key.compareTo(key) < 0) {
                    x = x.forward[i];
                }
            }
            x = x.forward[0];
            if (x != null && x.key.compareTo(key) == 0) {
                return x.value;
            }
            return null;
        } finally {
            lock.readLock().unlock();
        }
    }
}

面试题：自定义实现符合Java集合框架规范的高性能有序Map

知识考点

面试题答案

实现思路

关键代码片段