ConcurrentSkipListMap 使用指南

1. 概述

本文将深入探讨 java.util.concurrent 包中的 ConcurrentSkipListMap 类。这个并发集合类提供了无锁（lock-free）的线程安全实现，特别适合需要在对数据进行操作的同时创建不可变快照的场景。

我们将通过一个实际案例展示其威力：对事件流进行排序，并获取最近60秒内的事件快照。这种需求在实时监控、日志分析等场景中非常常见。

2. 流排序逻辑

假设我们有一个来自多线程的持续事件流，需要同时处理两类数据：

最近60秒内的事件
超过60秒的历史事件

2.1 事件数据结构

首先定义事件类：

public class Event {
    private ZonedDateTime eventTime;
    private String content;

    // 标准构造器和getter方法
}

2.2 初始化并发跳表

使用 ConcurrentSkipListMap 存储事件，通过 Comparator 按 eventTime 排序：

ConcurrentSkipListMap<ZonedDateTime, String> events
 = new ConcurrentSkipListMap<>(
 Comparator.comparingLong(v -> v.toInstant().toEpochMilli()));

✅ 关键点：

使用 comparingLong() 提取时间戳进行比较
构造时传入比较器，后续操作自动排序

2.3 事件添加

添加事件无需显式同步，直接调用 put() 方法：

public void acceptEvent(Event event) {
    events.put(event.getEventTime(), event.getContent());
}

⚠️ 注意：虽然线程安全，但高频写入仍需考虑性能影响

2.4 获取时间窗口数据

获取最近60秒事件

使用 tailMap() 创建不可变快照：

public ConcurrentNavigableMap<ZonedDateTime, String> getEventsFromLastMinute() {
    return events.tailMap(ZonedDateTime.now().minusMinutes(1));
}

获取超过60秒的历史事件

使用 headMap() 获取历史数据：

public ConcurrentNavigableMap<ZonedDateTime, String> getEventsOlderThatOneMinute() {
    return events.headMap(ZonedDateTime.now().minusMinutes(1));
}

✅ 核心优势：

快照创建过程无锁
其他线程可继续写入新数据
返回的视图不可变，线程安全

3. 测试流排序逻辑

通过多线程测试验证实现：

3.1 测试场景设置

创建2个生产者线程，各发送100个事件：

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
EventWindowSort eventWindowSort = new EventWindowSort();
int numberOfThreads = 2;

Runnable producer = () -> IntStream
  .rangeClosed(0, 100)
  .forEach(index -> eventWindowSort.acceptEvent(
      new Event(ZonedDateTime.now().minusSeconds(index), UUID.randomUUID().toString()))
  );

for (int i = 0; i < numberOfThreads; i++) {
    executorService.execute(producer);
}

3.2 验证最近60秒事件

获取快照并验证：

ConcurrentNavigableMap<ZonedDateTime, String> eventsFromLastMinute 
  = eventWindowSort.getEventsFromLastMinute();

断言检查：

不存在超过60秒的事件： ```java long eventsOlderThanOneMinute = eventsFromLastMinute .entrySet() .stream() .filter(e -> e.getKey().isBefore(ZonedDateTime.now().minusMinutes(1))) .count();

assertEquals(eventsOlderThanOneMinute, 0);


2. 存在60秒内的事件：
```java
long eventYoungerThanOneMinute = eventsFromLastMinute
  .entrySet()
  .stream()
  .filter(e -> e.getKey().isAfter(ZonedDateTime.now().minusMinutes(1)))
  .count();
 
assertTrue(eventYoungerThanOneMinute > 0);

3.3 验证历史事件

测试 getEventsOlderThatOneMinute()：

ConcurrentNavigableMap<ZonedDateTime, String> eventsOlder 
  = eventWindowSort.getEventsOlderThatOneMinute();

断言检查：

存在超过60秒的事件： ```java long eventsOlderThanOneMinute = eventsOlder .entrySet() .stream() .filter(e -> e.getKey().isBefore(ZonedDateTime.now().minusMinutes(1))) .count();

assertTrue(eventsOlderThanOneMinute > 0);


2. 不存在60秒内的事件：
```java
long eventYoungerThanOneMinute = eventsOlder
  .entrySet()
  .stream()
  .filter(e -> e.getKey().isAfter(ZonedDateTime.now().minusMinutes(1)))
  .count();
 
assertEquals(eventYoungerThanOneMinute, 0);

🔥 关键验证点：在多线程持续写入时，仍能获取准确的时间窗口快照

4. 总结

ConcurrentSkipListMap 在以下场景表现卓越：

需要高并发访问的有序数据结构
要求无锁操作的场景
需要创建数据快照而不阻塞写入操作

本文通过事件流排序的案例，展示了其核心优势：

无锁快照：tailMap()/headMap() 创建不可变视图
线程安全：多线程环境下数据一致性保证
自动排序：基于比较器自动维护数据顺序

完整实现代码可在 GitHub项目中获取（Maven项目，可直接导入运行）。

⚡ 性能提示：虽然 ConcurrentSkipListMap 性能优异，但在超高并发写入场景下，仍需结合实际压测评估吞吐量。

Persistence

REST

Security