一、跳表（SkipList）
對於單鏈表，即使鏈表是有序的，如果想要在其中查找某個數據，也只能從頭到尾遍歷鏈表，這樣效率自然就會很低，跳表就不一樣了。跳表是一種可以用來快速查找的數據結構，有點類似於平衡樹。它們都可以對元素進行快速的查找。但一個重要的區別是：對平衡樹的插入和刪除往往很可能導致平衡樹進行一次全局的調整；而對跳表的插入和刪除，只需要對整個數據結構的局部進行操作即可。這樣帶來的好處是：在高並發的情況下，需要一個全局鎖，來保證整個平衡樹的線程安全；而對於跳表，則只需要部分鎖即可。這樣，在高並發環境下，就可以擁有更好的性能。就查詢的性能而言，跳表的時間復雜度是 O(logn)。
跳表的本質，其實是同時維護了多個鏈表，並且鏈表是分層的：
其中最低層的鏈表，維護了跳表內所有的元素，每往上一層鏈表，都是下面一層的子集。
跳表內每一層鏈表的元素都是有序的。查找時，可以從頂級鏈表開始找。一旦發現被查找的元素大於當前鏈表中的取值，就會轉入下一層鏈表繼續查找。也就是說在查找過程中，搜索是跳躍式的。如上圖所示，在跳表中查找元素18：
可以看到，在查找 18 的時候，原來需要遍歷 12 次，現在只需要 7 次即可。針對鏈表長度比較大的時候，構建索引，查找效率的提升就會非常明顯。
從上面很容易看出，跳表是一種利用空間換時間的算法。
二、ConcurrentSkipListMap
ConcurrentSkipListMap 是一個線程安全的基於跳躍表實現的非阻塞的 Map，它要求 Map 中的 key 和 value 都不能為 null。相較於哈希實現的 Map，跳表內的所有元素都是有序的；相較於紅黑樹結構 treeMap，ConcurrentSkipListMap 是線程安全的。
ConcurrentSkipListMap 適用於高並發的場景，在數據量一定的情況下，並發的線程越多，ConcurrentSkipListMap 越能體現出他查詢的優勢。
ConcurrentSkipListMap 的存取性能遜色於 ConcurrentHashMap（在 4 線程 1.6 萬數據的條件下，ConcurrentHashMap 存取速度是 ConcurrentSkipListMap 的 4倍左右），它的優勢在於跳表內的所有元素都是有序的。
在非多線程的情況下，應當盡量使用 TreeMap。此外對於並發性相對較低的並行程序可以使用 Collections.synchronizedSortedMap 將 TreeMap 進行包裝，也可以保證線程安全。
三、ConcurrentSkipListMap 數據結構
從源碼可以分析得到 ConcurrentSkipListMap 的整個數據結構如下：
來分別看看 HeadIndex、Index 和 Node 的類信息：
static class Index<K,V> {
final Node<K,V> node;
final Index<K,V> down;
volatile Index<K,V> right;
}
static final class HeadIndex<K,V> extends Index<K,V> {
final int level;
HeadIndex(Node<K,V> node, Index<K,V> down, Index<K,V> right, int level) {
super(node, down, right);
this.level = level;
}
}
static final class Node<K,V> {
final K key;
volatile Object value;
volatile Node<K,V> next;
}
可以看到，Index 包含了 Node 的引用，並用 right 和 down 引用分別指向各自的 Index 域；HeadIndex 繼承自 Index，作為索引的頭節點，維護了跳表中 level 的概念；Node 節點存儲了實際的 key、value 信息，並用 next 引用構建單鏈表。
具體的源碼分析可以參見這篇文章：https://www.jianshu.com/p/2075a76a43a3
四、ConcurrentSkipListMap 示例
下面是 “多個線程同時操作並且遍歷 map” 的示例，以驗證 ConcurrentSkipListMap 的線程安全：
- 當 map 是 ConcurrentSkipListMap 對象時，程序能正常運行。
- 當 map 是 TreeMap 對象時，程序會產生 ConcurrentModificationException 異常。
public class ConcurrentSkipListMapTest {
//private static Map<String, String> MAP = new TreeMap<String, String>();
private static Map<String, String> MAP = new ConcurrentSkipListMap<String, String>();
public static void main(String[] args) {
// 同時啟動兩個線程對map進行操作！
new MyThread("A").start();
new MyThread("B").start();
}
private static void printAll() {
String key, value;
Iterator iterator = MAP.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
Map.Entry entry = (Map.Entry) iterator.next();
key = (String) entry.getKey();
value = (String) entry.getValue();
System.out.print("(" + key + ", " + value + "), ");
}
System.out.println();
}
private static class MyThread extends Thread {
MyThread(String name) {
super(name);
}
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (i++ < 6) {
// "線程名" + "序號"
String val = Thread.currentThread().getName() + i;
MAP.put(val, "0");
printAll();
}
}
}
}
五、ConcurrentSkipListSet
Java 中所有 Set 幾乎都是內部用一個 Map 來實現, 因為 Map 里的 KeySet() 就是一個 Set 集合，而 value 是假值，全部使用同一個 Object 即可。
ConcurrentSkipListSet 也不例外，它內部使用 ConcurrentSkipListMap 集合實現，並利用其 addIfAbsent() 方法實現元素去重。