Java基础 - 09 Set之linkedHashSet , CopyOnWriteArraySet
LinkedHashSet和CopyOnWriteArraySet都是Java集合框架提供的特殊集合类，他们在特定场景下有不同的用途和特点。
LinkedHashSet是Java集合框架中的一种实现类，它继承自HashSet并且保持插入顺序。它使用哈希表来存储元素，并使用链表来维护插入顺序。由于使用哈希表，LinkedHashSet提供了常数时间的复杂度（O(1)）来执行插入、删除和查找操作。同时，由于使用链表来维护插入顺序，LinkedHashSet可以按照元素的插入顺序进行迭代。因此，LinkedHashSet适用于需要保持插入顺序并且需要高效的插入、删除和查找操作的场景。
CopyOnWriteArraySet是Java并发包中的一种线程安全的Set实现。它实现了Set接口，并且使用了CopyOnWriteArrayList作为内部数据结构。CopyOnWriteArraySet通过在每次修改时创建一个新的副本来实现线程安全性，因此在并发修改操作时不会出现ConcurrentModificationException异常。它适用于读操作频繁、写操作较少的场景，因为每次修改都会创建一个新的副本，可能会带来一定的内存开销。由于CopyOnWriteArraySet是无序的，它不会维护插入顺序。因此，如果需要保持元素的插入顺序，应该使用LinkedHashSet。
LinkedHashSet
LinkedHashSet是一个基于哈希表和链表实现的有序集合。它继承自HashSet，并且保留了元素插入的顺序。LinkedHashSet通过哈希表快速访问元素，同时使用链表维护元素的顺序。这使得LinkedHashSet在需要保持元素顺序的情况下更加适用。
public static void main(String[] args) {
LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();
// 添加元素
set.add("apple");
set.add("banana");
set.add("orange");
// 迭代元素，按照插入顺序输出
for (String fruit : set) {
System.out.println(fruit);
}
}
源码：
public class LinkedHashSet<E>
extends HashSet<E>
implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable {
/**
* 构造一个带默认初始容量 (16) 和加载因子 (0.75) 的新空链接哈希 set。
*/
public LinkedHashSet() {
super(16, .75f, true);
}
/**
* 构造一个与指定 collection 中的元素相同的新链接哈希 set。
*/
public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) {
super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true);
addAll(c);
}
/**
* 构造一个带指定初始容量和默认加载因子 (0.75) 的新空链接哈希 set。
*/
public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
super(initialCapacity, .75f, true);
}
/**
* 构造一个带有指定初始容量和加载因子的新空链接哈希 set。
*/
public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
super(initialCapacity, loadFactor, true);
}
}
以下是一些LinkedHashSet的特点和用途：
- LinkedHashSet保留了元素插入的顺序，因此可以按照插入顺序进行迭代。
- LinkedHashSet是线程不安全的，不适用于多线程环境。
- LinkedHashSet具有HashSet的高效查找特性，同时还可以保持元素的顺序。
- LinkedHashSet的插入、删除和查找操作具有常数时间复杂度。
CopyOnWriteArraySet
CopyOnWriteArraySet是一个线程安全的集合类，它实现了Set接口，并且内部使用了Copy-On-Write技术。Copy-On-Write是一种并发策略，它在写操作时创建并复制整个集合，这样读操作不会受到写操作的影响。因此，CopyOnWriteArraySet非常适合用于读多写少的场景。
以下是一些CopyOnWriteArraySet的特点和用途：
- CopyOnWriteArraySet是线程安全的，适用于多线程环境。
- CopyOnWriteArraySet的迭代操作不需要加锁，并且不会抛出ConcurrentModificationException异常。
- CopyOnWriteArraySet的写操作会复制整个集合，因此在写操作频繁的情况下，性能可能较低。
- CopyOnWriteArraySet的读操作具有较低的性能开销。
内部方法介绍 add(E e): 向集合中添加指定元素。该方法会创建一个新的数组，并将指定元素添加到新数组中。remove(Object o): 从集合中移除指定元素。该方法会创建一个新的数组，并将除指定元素之外的所有元素添加到新数组中。contains(Object o): 判断集合中是否包含指定元素。该方法会遍历内部的数组，判断是否有相等的元素。isEmpty(): 判断集合是否为空。该方法会判断内部的数组是否为空。size(): 返回集合的大小，即元素的个数。该方法会返回内部数组的长度。iterator(): 返回一个迭代器**，用于遍历集合中的元素**。该方法返回的迭代器是通过拷贝内部数组创建的，因此不会受到集合修改的影响。toArray(): 将集合中的元素转换为数组，并返回该数组。该方法会创建一个新的数组，并将集合中的元素复制到新数组中。
两者直接的区别
CopyOnWriteArraySet
CopyOnWriteArraySet适用于读多写少的并发场景。它通过使用Copy-On-Write技术，在写操作时创建并复制整个集合，这样读操作不会受到写操作的影响。这使得CopyOnWriteArraySet在多线程环境下具有较好的安全性，读操作不需要加锁，并且不会抛出ConcurrentModificationException异常。因此，当需要在多线程环境下进行读操作较多的场景时，可以使用CopyOnWriteArraySet。
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;
public class CopyOnWriteArraySetExample {
public static void main(String[] args) {
CopyOnWriteArraySet<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
// 添加元素
set.add("apple");
set.add("banana");
set.add("cherry");
// 遍历元素
for (String element : set) {
System.out.println(element);
}
// 删除元素
set.remove("banana");
// 判断元素是否存在
boolean contains = set.contains("cherry");
System.out.println("Contains 'cherry': " + contains);
// 获取集合大小
int size = set.size();
System.out.println("Size: " + size);
}
}
LinkedHashSet
LinkedHashSet是HashSet的一个子类，它维护了一个双向链表来保持元素的插入顺序。LinkedHashSet适用于需要保持元素插入顺序的场景。它提供了HashSet的高性能查找和插入操作，并且使用链表来保持插入顺序。因此，当需要在保持插入顺序的同时进行高效的查找和插入操作时，可以使用LinkedHashSet。
import java.util.LinkedHashSet;
public class LinkedHashSetExample {
public static void main(String[] args) {
LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();
// 添加元素
set.add("apple");
set.add("banana");
set.add("cherry");
// 遍历元素
for (String element : set) {
System.out.println(element);
}
// 删除元素
set.remove("banana");
// 判断元素是否存在
boolean contains = set.contains("cherry");
System.out.println("Contains 'cherry': " + contains);
// 获取集合大小
int size = set.size();
System.out.println("Size: " + size);
}
}
在多线程环境下，CopyOnWriteArraySet比LinkedHashSet具有更好的安全性。CopyOnWriteArraySet的读操作不需要加锁，并且不会抛出ConcurrentModificationException异常。而LinkedHashSet在多线程环境下需要使用外部同步机制来确保线程安全。例如，可以使用Collections.synchronizedSet()。
创建一个多线程环境下使用LinkedHashSet的示例
public class LinkedHashSetThreadSafetyExample {
public static void main(String[] args) {
Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new LinkedHashSet<>());
// 创建多个线程来同时对set进行操作
Thread thread1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
set.add("Thread 1 - Element " + i);
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
set.add("Thread 2 - Element " + i);
}
});
// 启动线程
thread1.start();
thread2.start();
try {
// 等待线程执行完毕
thread1.join();
thread2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 输出set的元素数量
System.out.println("Set size: " + set.size());
}
}
在上述代码中，我们创建了一个多线程环境下使用LinkedHashSet的示例。首先，我们使用Collections.synchronizedSet()方法创建了一个线程安全的Set，即使用外部同步机制来确保线程安全。然后，我们创建了两个线程thread1和thread2，分别向set中添加1000个元素。最后，我们使用thread1.join()和thread2.join()方法等待两个线程执行完毕，然后输出set的元素数量。
使用CopyOnWriteArraySet类来实现多线程安全的Set。
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;
public class CopyOnWriteArraySetThreadSafetyExample {
public static void main(String[] args) {
CopyOnWriteArraySet<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
// 创建多个线程来同时对set进行操作
Thread thread1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
set.add("Thread 1 - Element " + i);
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
set.add("Thread 2 - Element " + i);
}
});
// 启动线程
thread1.start();
thread2.start();
try {
// 等待线程执行完毕
thread1.join();
thread2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 输出set的元素数量
System.out.println("Set size: " + set.size());
}
}
在上述代码中，我们使用CopyOnWriteArraySet类来实现多线程安全的Set。CopyOnWriteArraySet是一个线程安全的Set实现，通过在每次修改时创建一个新的副本来实现线程安全性。这意味着在并发修改操作时，不会发生ConcurrentModificationException异常。
我们创建了一个CopyOnWriteArraySet对象，然后创建了两个线程thread1和thread2，分别向set中添加1000个元素。最后，我们使用thread1.join()和thread2.join()方法等待两个线程执行完毕，然后输出set的元素数量。