面试题：Java TreeMap键唯一性处理的优化策略

提升键唯一性验证和处理性能的优化措施

使用合适的数据结构辅助验证
- 可以额外使用一个HashSet来存储已经插入的键。在向TreeMap插入数据前，先通过HashSet的contains方法快速判断键是否已经存在。HashSet的contains操作平均时间复杂度为O(1)，相比TreeMap每次插入时遍历树结构判断键是否存在（平均时间复杂度O(log n)），能大大减少验证时间。示例代码如下：

HashSet<KeyType> keySet = new HashSet<>();
TreeMap<KeyType, ValueType> treeMap = new TreeMap<>();
KeyType newKey =...;
ValueType newValue =...;
if (!keySet.contains(newKey)) {
    keySet.add(newKey);
    treeMap.put(newKey, newValue);
}

减少不必要的操作
- 避免在插入数据时进行复杂的键计算或其他不必要的操作。尽量在插入前完成对键的预处理，使得插入操作本身尽可能简单快速。例如，如果键需要进行一些字符串拼接等操作，提前完成拼接，而不是在插入时实时计算。
批量插入优化
- 如果可能，尽量采用批量插入的方式。例如，将多个要插入的数据先收集到一个List或Array中，然后一次性遍历这个集合进行插入。这样相比每次单个插入，减少了多次插入操作带来的额外开销。同时，结合前面提到的HashSet，可以先批量判断键的唯一性，然后再批量插入到TreeMap。示例代码如下：

List<KeyType> keysToInsert =...;
List<ValueType> valuesToInsert =...;
HashSet<KeyType> keySet = new HashSet<>();
TreeMap<KeyType, ValueType> treeMap = new TreeMap<>();
for (int i = 0; i < keysToInsert.size(); i++) {
    KeyType key = keysToInsert.get(i);
    if (!keySet.contains(key)) {
        keySet.add(key);
        treeMap.put(key, valuesToInsert.get(i));
    }
}

解决线程安全问题

使用ConcurrentNavigableMap
- TreeMap本身不是线程安全的。在高并发场景下，可以使用Collections.synchronizedSortedMap方法将TreeMap包装成线程安全的SortedMap，但这种方式性能较低，因为它对整个映射进行同步。更好的选择是使用ConcurrentSkipListMap，它实现了ConcurrentNavigableMap接口，在高并发环境下性能更好。ConcurrentSkipListMap内部采用跳表数据结构，在插入、删除和查找操作上具有较高的并发性能。示例代码如下：

ConcurrentNavigableMap<KeyType, ValueType> concurrentMap = new ConcurrentSkipListMap<>();
KeyType newKey =...;
ValueType newValue =...;
concurrentMap.put(newKey, newValue);

使用锁机制
- 如果必须使用TreeMap，可以通过使用锁来保证线程安全。例如，使用synchronized关键字对涉及TreeMap插入操作的代码块进行同步。但这种方式在高并发情况下可能会因为锁竞争导致性能下降。示例代码如下：

TreeMap<KeyType, ValueType> treeMap = new TreeMap<>();
synchronized (treeMap) {
    KeyType newKey =...;
    ValueType newValue =...;
    if (!treeMap.containsKey(newKey)) {
        treeMap.put(newKey, newValue);
    }
}

使用读写锁
- 如果读操作远远多于写操作，可以使用读写锁（如ReentrantReadWriteLock）。读操作时多个线程可以同时进行，写操作时则需要获取写锁，以保证数据一致性。示例代码如下：

TreeMap<KeyType, ValueType> treeMap = new TreeMap<>();
ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
// 写操作
lock.writeLock().lock();
try {
    KeyType newKey =...;
    ValueType newValue =...;
    if (!treeMap.containsKey(newKey)) {
        treeMap.put(newKey, newValue);
    }
} finally {
    lock.writeLock().unlock();
}
// 读操作
lock.readLock().lock();
try {
    ValueType value = treeMap.get(key);
} finally {
    lock.readLock().unlock();
}

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面试题：Java TreeMap键唯一性处理的优化策略

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解决线程安全问题