面试题：Java中Set集合自定义实现优化

Question

要求自定义实现一个Set集合，满足在高并发场景下高效的插入、删除和查找操作。说明你会选择的底层数据结构，如何保证线程安全，以及怎样优化哈希冲突来提高整体性能。请给出关键代码片段和设计思路。

Answer 1

底层数据结构选择

选择ConcurrentHashMap作为底层数据结构。ConcurrentHashMap在高并发场景下具有较好的性能，它通过分段锁机制允许多个线程同时操作不同的段，减少锁竞争。

保证线程安全

1. 利用ConcurrentHashMap特性：ConcurrentHashMap本身就是线程安全的，它在设计上采用了锁分段技术，不同的线程可以同时访问不同的段，从而提高并发性能。

优化哈希冲突

1. 合理设置初始容量：根据预期元素数量设置合适的初始容量，减少哈希冲突的概率。例如，若预计元素数量为n，可以设置初始容量为大于n的最小的2的幂次方。
2. 使用更好的哈希算法：ConcurrentHashMap默认使用的哈希算法已经经过优化。但在自定义场景下，可以根据数据特点设计更适合的哈希算法，尽量让元素均匀分布在哈希表中。

关键代码片段

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class CustomSet<T> {
    private final ConcurrentHashMap<T, Object> map;
    private static final Object PRESENT = new Object();

    public CustomSet() {
        map = new ConcurrentHashMap<>();
    }

    public boolean add(T element) {
        return map.putIfAbsent(element, PRESENT) == null;
    }

    public boolean remove(T element) {
        return map.remove(element, PRESENT);
    }

    public boolean contains(T element) {
        return map.containsKey(element);
    }
}

设计思路

1. 数据存储：利用ConcurrentHashMap存储Set中的元素，以元素作为键，值使用一个固定的Object对象（这里定义为PRESENT）。
2. 添加操作：add方法使用putIfAbsent方法，如果元素不存在则添加并返回null，否则返回已存在的值，通过判断返回值确定元素是否成功添加。
3. 删除操作：remove方法使用ConcurrentHashMap的remove方法，通过传入元素和PRESENT来删除元素，只有当元素存在且值为PRESENT时才会删除成功。
4. 查找操作：contains方法使用containsKey方法判断元素是否存在于ConcurrentHashMap中。