滚雪球学Java(64)：LinkedHashSet原理及实现解析

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js 复制代码

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文章目录

前言
摘要
LinkedHashSet
总结
- 附录源码
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前言

在Java开发中，使用集合类是必不可少的。其中，HashSet是最常用的集合类之一，但是HashSet在保证元素唯一性的同时，却不能保证插入顺序。因此，我们需要LinkedHashSet，在HashSet的基础上保证了元素插入的顺序。本文将对LinkedHashSet进行原理及实现的解析，帮助读者更好地理解LinkedHashSet。

摘要

LinkedHashSet是HashSet和LinkedHashMap的结合体，它具有HashSet的高效查找和LinkedHashMap的有序性。LinkedHashSet底层使用的是LinkedHashMap实现，数据结构是一个双链表和一个哈希表。本文将深入剖析LinkedHashSet的实现原理和应用场景，帮助读者更好地理解该类的使用。

LinkedHashSet

概述

LinkedHashSet是Java中的一个集合类，它实现了Set接口，继承了HashSet类，具有HashSet类的高效存储和检索元素的特点。同时，LinkedHashSet还对元素的插入顺序进行了维护，保证了元素的有序性，这是HashSet所不具备的。在实现上，LinkedHashSet底层使用的是LinkedHashMap，使用双向链表维护了元素的插入顺序。LinkedHashSet提供了以下构造方法：

java 复制代码

public LinkedHashSet()
public LinkedHashSet(int initialCapacity)
public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor)
public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c)

其中，第一个构造方法创建一个空的LinkedHashSet实例，第二个构造方法指定了初始化容量，第三个构造方法指定了初始化容量和加载因子，第四个构造方法使用指定集合来初始化LinkedHashSet。

源代码解析

LinkedHashSet底层使用的是LinkedHashMap，它是一个基于散列表的Map实现。它的数据结构是一个双链表和一个哈希表。双链表用来维护元素的插入顺序，哈希表用来实现高效的存储和查找。

LinkedHashSet类的源代码如下：

java 复制代码

public class LinkedHashSet<E>
    extends HashSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private static final long serialVersionUID = -2851667679971038690L;

    private final LinkedHashMap<E,Object> map;

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    private static final Object PRESENT = new Object();

    public LinkedHashSet() {
        map = new LinkedHashMap<>();
    }

    public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
        super(initialCapacity);
        map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity);
    }

    public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        super(initialCapacity, loadFactor);
        map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }

    public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) {
        map = new LinkedHashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        addAll(c);
    }

    public Iterator<E> iterator() {
        return map.keySet().iterator();
    }

    public int size() {
        return map.size();
    }

    public boolean isEmpty() {
        return map.isEmpty();
    }

    public boolean contains(Object o) {
        return map.containsKey(o);
    }

    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }

    public boolean remove(Object o) {
        return map.remove(o)==PRESENT;
    }

    public void clear() {
        map.clear();
    }

    public Object clone() {
        LinkedHashSet<E> clone = null;
        try {
            clone = (LinkedHashSet<E>) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new InternalError();
        }
        clone.map = (LinkedHashMap<E,Object>) map.clone();
        return clone;
    }

    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException {
        s.defaultWriteObject();
        s.writeInt(map.capacity());
        s.writeFloat(map.loadFactor());
        s.writeInt(map.size());
        for (E e : map.keySet())
            s.writeObject(e);
    }

    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        s.defaultReadObject();
        int capacity = s.readInt();
        float loadFactor = s.readFloat();
        int size = s.readInt();
        map = new LinkedHashMap<>(capacity, loadFactor);
        for (int i=0; i<size; i++) {
            E e = (E) s.readObject();
            map.put(e, PRESENT);
        }
    }
}

可以看到，在LinkedHashSet的构造方法中，它使用LinkedHashMap来实现对元素插入顺序的维护。LinkedHashMap维护了一个双向链表，每次插入元素时，它会将新元素插入到链表的尾部，同时在哈希表中存储该元素的键值对，以便实现高效的存储和查找。LinkedHashSet中的add()方法就是通过调用LinkedHashMap中的put()方法实现插入新元素，而contains()方法则是直接调用LinkedHashMap的containsKey()方法实现对元素是否存在的判断。

如下是部分源码截图：

具体源码分析如下：

LinkedHashSet是一个继承自HashSet的类，实现了Set接口，支持元素按照插入顺序进行遍历。它内部通过使用一个LinkedHashMap来维护元素插入顺序，实际上LinkedHashSet就是在HashSet的基础上利用了LinkedHashMap的有序性。

LinkedHashSet提供了多个构造方法，可以仅传入初始容量、初始容量和负载因子等参数，也可以传入一个集合类对象进行初始化。

LinkedHashSet的主要方法和HashSet相同，例如：contains()，add()，remove()等。因为继承自HashSet，所以LinkedHashSet也是基于哈希表实现的。其迭代器返回元素的顺序与元素插入顺序一致。

LinkedHashSet的clone方法会创建一个新的LinkedHashSet对象，并将自身的LinkedHashMap进行浅复制。

LinkedHashSet还实现了Serializable接口，在序列化和反序列化时，会将其内部的LinkedHashMap也一并进行序列化和反序列化。

应用场景案例

LinkedHashSet在保证元素唯一性的同时，还保留了元素的插入顺序，因此，它在以下场景中得到了广泛应用：

缓存：当需要缓存一组数据时，如果希望缓存的数据按照插入顺序进行访问，就可以使用LinkedHashSet。
配置文件：当需要加载一组配置文件，并按照文件的出现顺序来访问它们的内容时，可以使用LinkedHashSet。
去重：当需要对一组数据进行去重，同时还需要保留它们的插入顺序时，可以使用LinkedHashSet。

优缺点分析

LinkedHashSet的优点在于它继承了HashSet的高效性和LinkedHashMap的有序性，同时支持高效的元素查找、插入和删除等操作。其缺点在于它需要维护一个双向链表，因此，在内存使用方面可能会略微占用一些空间。

类代码方法介绍

下面是LinkedHashSet类中的主要方法介绍：

add(E e)：向集合中添加元素，并返回添加成功与否的结果。
remove(Object o)：从集合中删除指定的元素，并返回删除结果。
contains(Object o)：判断集合中是否包含指定元素，如果包含则返回true，否则返回false。
iterator()：返回一个迭代器，用于遍历集合中的元素。
size()：返回集合中元素的数量。
isEmpty()：判断集合是否为空，如果为空则返回true，否则返回false。

测试用例

下面是使用LinkedHashSet的一个简单测试用例：

测试代码演示

java 复制代码

package com.demo.javase.day64;

import java.util.LinkedHashSet;

/**
 * @Author bug菌
 * @Date 2023-11-06 11:36
 */
public class LinkedHashSetTest {

    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();

        // 向集合中添加元素
        linkedHashSet.add("A");
        linkedHashSet.add("B");
        linkedHashSet.add("C");
        linkedHashSet.add("D");
        linkedHashSet.add("E");

        // 遍历集合中的元素，并输出它们的顺序
        for (String str : linkedHashSet) {
            System.out.print(str + " ");
        }
        System.out.println();

        // 删除集合中的元素
        linkedHashSet.remove("C");

        // 再次遍历集合中的元素，并输出它们的顺序
        for (String str : linkedHashSet) {
            System.out.print(str + " ");
        }
        System.out.println();

        // 判断集合中是否包含指定元素
        System.out.println("集合中是否包含\"A\"：" + linkedHashSet.contains("A"));
        System.out.println("集合中是否包含\"C\"：" + linkedHashSet.contains("C"));
    }
}

测试结果

根据如上测试用例，本地测试结果如下，仅供参考，你们也可以自行修改测试用例或者添加更多的测试数据或测试方法，进行熟练学习以此加深理解。

输出结果如下：

java 复制代码

A B C D E 
A B D E 
集合中是否包含"A"：true
集合中是否包含"C"：false

测试代码分析

根据如上测试用例，在此我给大家进行深入详细的解读一下测试代码，以便于更多的同学能够理解并加深印象。

该代码演示了如何使用Java中的LinkedHashSet类。LinkedHashSet是HashSet的一个子类，它保留了元素插入的顺序。具体实现过程如下：

创建一个LinkedHashSet实例，该实例用于存储字符串类型的元素。
使用add方法向集合中添加元素。
使用for-each循环遍历集合中的元素，并输出它们的顺序。
使用remove方法删除集合中的元素。
再次使用for-each循环遍历集合中的元素，并输出它们的顺序。
使用contains方法判断集合中是否包含指定元素，并输出判断结果。

在实际开发中，LinkedHashSet通常用于需要保留元素插入顺序的场景，例如需要记录日志的应用程序等。由于LinkedHashSet实现了Set接口，因此它也具有Set接口的特性，即不能包含重复元素。

全文小结

本篇文章介绍了LinkedHashSet的原理和实现。LinkedHashSet继承了HashSet的高效性和LinkedHashMap的有序性，可以在保证元素唯一性的同时，还保留了元素的插入顺序。底层使用LinkedHashMap实现，使用双向链表维护了元素的插入顺序。在应用场景上，LinkedHashSet常用于缓存、配置文件和去重等场景。其优点在于高效的元素查找、插入和删除等操作，而缺点在于需要维护一个双向链表，可能会略微占用一些空间。在使用上，LinkedHashSet提供了一系列方法，如add、remove、contains等，同时还具备Iterator迭代器用于遍历集合中的元素。最后，我们也给出了一个使用LinkedHashSet的简单测试用例。

总结

本文介绍了LinkedHashSet的概念、原理和实现。LinkedHashSet是Java中的一个集合类，它继承了HashSet的高效性和LinkedHashMap的有序性，同时支持高效的元素查找、插入和删除等操作。在应用场景上，LinkedHashSet常用于缓存、配置文件和去重等场景。其优点在于保证元素唯一性的同时，还保留了元素的插入顺序，同时具备高效的操作。类方法包括add、remove、contains等，同时还具备Iterator迭代器用于遍历集合中的元素。对于想要深入理解Java集合框架的同学，学习LinkedHashSet是必不可少的一部分。

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附录源码

如上涉及所有源码均已上传同步在「Gitee」，提供给同学们一对一参考学习，辅助你更迅速的掌握。

☀️建议/推荐你

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